DE4209305C2 - Method and device for field-oriented control of asynchronous machines - Google Patents

Method and device for field-oriented control of asynchronous machines

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Description

In immer stärkerem Maße werden drehzahlregelbare elektrische Antriebe sowohl als Vorschubantriebe als auch als Hauptspindel­ antriebe in modernen Maschinen wie z. B. in Bearbeitungszentren für die zerspanende Bearbeitung von Werkstoffen oder in automa­ tisierten Transporteinrichtungen eingesetzt. Dabei stehen dem Anwender heutzutage hauptsächlich drei grundsätzlich unter­ schiedliche Grundtypen elektrischer Maschinen zur Verfügung. Diese sind zum einen die Gleichstrommaschine, des weiteren die Synchronmaschine sowie - last but not least - die Asynchron­ maschine. Von diesen drei Grundtypen zeichnet sich die Asyn­ chronmaschine (wenn sie, wie üblich, als Käfigläufermaschine ausgeführt ist) insbesondere durch ihren einfachen mechanischen Aufbau und ihre damit verbundenen, niedrigen Herstellungskosten sowie durch ihre Robustheit bei Überlastbetrieb aus. Betrachtet man diese Vorteile, so liegt es zunächst nahe, den Löwenanteil sowohl auf dem Markt der Hauptspindelantriebe als auch auf jenem der Vorschubantriebe bei der Asynchronmaschine zu vermuten.Speed-controllable electrical systems are becoming increasingly popular Drives both as feed drives and as main spindles drives in modern machines such as B. in machining centers for machining materials or in automa tized transport facilities used. The stand Today's users mainly three basically under different basic types of electrical machines are available. These are the DC machine on the one hand, and the other Synchronous machine and - last but not least - the asynchronous machine. The Asyn is characterized by these three basic types chron machine (if, as usual, as a squirrel-cage machine is carried out) in particular by its simple mechanical Construction and its associated, low manufacturing costs as well as their robustness during overload operation. Considered if one looks at these advantages, it is obvious that the lion's share both on the main spindle drive market and on to that of the feed drives in the asynchronous machine suspect.

Den Vorteilen der Asynchronmaschine steht aber ein großer Nach­ teil gegenüber: Die Richtung des sogenannten Rotorflußraum­ zeigers einer Asynchronmaschine ist weder statorfest (wie dies bei einer Gleichstrommaschine der Fall ist) noch rotorfest (wie dies bei den modernen, permanenterregten Synchronmaschinen der Fall ist) vorgegeben. Vielmehr rotiert dieser Rotorflußraum­ zeiger bei Belastung der Maschine langsam über deren Rotor hin­ weg. Demzufolge handelt es sich bei der Asynchronmaschine sowohl bei deren Behandlung in einem statorbezogenen als auch bei deren Behandlung in einem rotorbezogenen Koordinatensystem um eine vermaschte Regelstrecke. Dies wiederum erhöht die Schwierigkeit einer regelungstechnischen Behandlung der Asyn­ chronmaschine gegenüber jener von Synchron- und Gleichstrom­ maschinen zunächst erheblich.The advantages of the asynchronous machine are, however, a major disadvantage opposite part: The direction of the so-called rotor flow space pointer of an asynchronous machine is neither stator-fixed (like this in the case of a DC machine) is still rotor-proof (like this with the modern, permanently excited synchronous machines of the Case is given). Rather, this rotor flow space rotates pointer when the machine is loaded slowly over its rotor path. As a result, it is the asynchronous machine both in their treatment in a stator-related as well when treating them in a rotor-related coordinate system  around a meshed controlled system. This in turn increases the Difficulty with control-technical treatment of the Asyn chron machine compared to that of synchronous and direct current machines considerably.

Im folgenden werden der Stand der Technik unter Bezugnahme auf die Zeichnung Fig. 1-3 beschrieben. Es zeigtIn the following the prior art will be described with reference to the drawing Fig. 1-3. It shows

Fig. 1 ein für die Betrachtung der Asynchronmaschine im feldorientierten Koordinatensystem geeignetes Ersatzschaltbild; FIG. 1 is a suitable for the viewing of the asynchronous machine in field-oriented coordinate system equivalent circuit diagram;

Fig. 2 ein aus dem Ersatzschaltbild in Fig. 1 abgeleitetes, regelungstechnisches Blockschaltbild der Regelstrecke mit den Komponenten des feldorientierten Spannungsvektors (ud, uq) als Eingangsgrößen und den Komponenten des feldorientierten Statorstromvektors (id, iq) als Ausgangsgrößen; FIG. 2 shows a control block diagram of the controlled system derived from the equivalent circuit in FIG. 1 with the components of the field-oriented voltage vector (u d , u q ) as input variables and the components of the field-oriented stator current vector (i d , i q ) as output variables;

Fig. 3 ein Raumvektordiagramm zur Veranschaulichung der Auswirkungen einer Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems. Fig. 3 is a space vector diagram to illustrate the effects of misorientation of the field-oriented coordinate system.

Einen großen Fortschritt bei der regelungstechnischen Führung von Asynchronmaschinen stellt die von Blaschke erstmals vorgestellte, sogenannte "feldorientierte Regelung" von Asynchronmaschinen dar [1]. Hierbei wird von einem sogenannten "feldorientierten Koordinatensystem" mit der sogenannten Längsachse d und der orthogonal zu dieser stehenden Querachse q Gebrauch gemacht. Dieses zeichnet sich dadurch aus, daß - eine optimale Funktion des feldorientierten Regelsystems vorausgesetzt - seine d-Achse stets in Richtung des Rotorflußraumzeigers R weist. Damit liegt aber umgekehrt auch fest, daß der Rotor­ flußraumzeiger R der Asynchronmaschine stets nur eine Kompo­ nente in d-Richtung des in Rede stehenden Koordinatensystems aufweist, jedoch keine in q-Richtung desselben.A major advance in the control engineering of asynchronous machines is the so-called "field-oriented control" of asynchronous machines, which was first introduced by Blaschke [1]. Here, use is made of a so-called "field-oriented coordinate system" with the so-called longitudinal axis d and the transverse axis q orthogonal to this. This is characterized in that - assuming an optimal function of the field-oriented control system - its d-axis always points in the direction of the rotor flux space pointer R. Conversely, this also means that the rotor flow space pointer R of the asynchronous machine always has only one component in the d-direction of the coordinate system in question, but not in the q-direction of the same.

Betrachtet man nun auch den Statorstromraumzeiger der Asyn­ chronmaschine in diesem feldorientierten Koordinatensystem, so läßt sich dieser in eine Komponente id in Richtung der d-Achse und in eine Komponente iq in Richtung der q-Achse aufspalten. Die Komponente iq des Statorstromraumzeigers wird üblicher­ weise als Querstrom iq der Asynchronmaschine bezeichnet und be­ einflußt unmittelbar das innere Drehmoment der Asynchron­ maschine, jedoch nicht deren Rotorfluß. Sie wirkt also wie der Ankerstrom einer Gleichstrommaschine. In entsprechender Weise beeinflußt die Komponente id des Statorstromraumzeigers , wel­ che üblicherweise als Längsstrom id der Asynchronmaschine be­ zeichnet wird, unmittelbar lediglich den Rotorfluß der Asyn­ chronmaschine. Eine Beeinflussung des inneren Drehmoments der in Rede stehenden Maschine erfolgt lediglich mittelbar auf dem Weg über die Veränderung von deren Rotorfluß. Der Längsstrom id wirkt also wie der Erregerstrom einer Gleichstrommaschine. Auf die soeben beschriebene Weise wird eine Entkopplung der ver­ maschten Regelstrecken für den Rotorfluß und das innere Moment der Asynchronmaschine erreicht. Die regelungstechnische Behand­ lung der Asynchronmaschine im feldorientierten Koordinaten­ system wird so einfach wie die einer Gleichstrommaschine.If we now also consider the stator current space vector of the asynchronous machine in this field-oriented coordinate system, it can be split into a component i d in the direction of the d-axis and a component i q in the direction of the q-axis. The component i q of the stator current space vector is usually referred to as cross current i q of the asynchronous machine and directly affects the internal torque of the asynchronous machine, but not its rotor flux. It therefore acts like the armature current of a DC machine. In a corresponding manner, the component i d of the stator current space vector, which is usually referred to as the longitudinal current i d of the asynchronous machine, directly affects only the rotor flux of the asynchronous machine. The internal torque of the machine in question is influenced only indirectly by changing its rotor flux. The longitudinal current i d thus acts like the excitation current of a DC machine. In the manner just described, a decoupling of the meshed control paths for the rotor flux and the internal torque of the asynchronous machine is achieved. The control-related treatment of the asynchronous machine in the field-oriented coordinate system is as simple as that of a DC machine.

Bei all diesen Erläuterungen wurde jedoch stets eine optimale Funktion eines solchen, feldorientierten Regelsystems vorausge­ setzt. Diese optimale Funktion ist aber in der Praxis leider meist nicht gegeben. Die Hauptursachen hierfür sind im folgenden erläutert.With all these explanations, however, was always an optimal one Function of such a field-oriented control system pre- puts. Unfortunately, this optimal function is in practice mostly not given. The main causes for this are in following explained.

Im folgenden sei derjenige Teil eines feldorientierten Regel­ systems für Asynchronmaschinen, welcher die Regelung der Asyn­ chronmaschine bis hin zur Vorgabe der Sollwerte für die Sta­ torströme in feldorientierten Koordinaten sowie eine eventuell nachfolgende Transformation dieser Sollwerte in ein anderes Ko­ ordinatensystem bewerkstelligt, als Führungssystem bezeichnet. Dieses ist somit als Teileinheit eines feldorientierten Regel­ systems zu verstehen.In the following, that part of a field-oriented rule systems for asynchronous machines, which regulates the asyn Chron machine up to the specification of the setpoints for the sta gate currents in field-oriented coordinates as well as a possibly subsequent transformation of these target values into another Ko ordinate system accomplished, referred to as guidance system. This is therefore part of a field-oriented rule systems to understand.

Ein sehr wichtiger Problemkreis ist jener der Einstellung der gewünschten Statorströme der Asynchronmaschine, d. h. der Stromregelung. Bei den von einem feldorientierten Führungssystem ausgegebenen Größen handelt es sich ja lediglich um Sollwerte für die einzustellenden Ströme, welche zudem meist noch in einem gegenüber dem Stator rotierenden Koordinatensystem vorgegeben sind. Zur Einstellung der vom Führungssystem gewünschten Ströme ist also zum einen eine Funktionseinheit zur Transformation der feldorientierten Größen in das statorfeste Koordinatensystem und zum anderen eine Funktionseinheit zur Stromregelung erforderlich. Dabei kann die zuletzt genannte Einheit zur Stromregelung entweder mit Größen des statororientierten Koordinatensystems oder mit Größen des feldorientierten Koordinatensystems arbeiten.A very important problem area is that of hiring desired stator currents of the asynchronous machine, d. H. the current regulation. In the case of a field-oriented management system Output quantities are only target values for the currents to be set, which, moreover, are usually still in one specified with respect to the stator rotating coordinate system are. To set the desired from the guidance system On the one hand, currents is a functional unit for transformation of the field-oriented quantities in the stator-fixed coordinate system and on the other hand a functional unit for current regulation  required. The latter unit can be used for Current regulation either with variables of the stator-oriented coordinate system or with sizes of the field-oriented coordinate system work.

Eine sehr einfache Lösung des anstehenden Problems besteht darin, die feldorientierten Stromsollwerte id,soll sowie iq,soll zunächst in ein statororientiertes Koordinatensystem zu transformieren und die so gewonnenen statororientierten Strom­ sollwerte einem dreiphasigen Umrichter mit einer Stromregelein­ heit, welche nach dem Prinzip der zeitdiskreten Schaltzustands­ änderung arbeitet, zuzuführen [2]. Auf diese Weise kann eine dynamisch hochwertige Stromregelung, welche im Bedarfsfall selbsttätig die volle, zur Verfügung stehende Stellreserve des verwendeten, dreiphasigen Umrichters nutzt, realisiert werden.A very simple solution to the problem at hand is to first transform the field-oriented current setpoints i d, setpoint and i q, setpoint into a stator-oriented coordinate system and the stator-oriented current setpoints obtained in this way are transformed into a three-phase converter with a current control unit, which works on the principle of time-discrete Switching state change works, feed [2]. In this way, a dynamic, high-quality current control can be implemented, which automatically uses the full available reserve capacity of the three-phase converter used if required.

In vielen Anwendungsfällen kommt eine solche Lösung allerdings nicht in Betracht. Oft wird vom Anwender eine konstante Puls­ frequenz des dreiphasigen Umrichters gefordert, eine Forderung, die am besten durch den Einsatz eines Modulationsverfahrens nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation (PWM) erfüllt werden kann [3]. Die innerste regelungstechnische Funktionseinheit bei einem solchen PWM-Verfahren ist aber stets die gesteuerte Ein­ stellung der über jeweils eine Pulsperiode gemittelten Aus­ gangsspannungen des dreiphasigen Umrichters. In anderen Anwen­ dungsfällen ist die direkte Verbindung der Statorklemmen der Asynchronmaschine mit den Ausgangsklemmen des Umrichters uner­ wünscht und es wird die Zwischenschaltung eines dreiphasigen LC-Ausgangsfilters mit geregelter Ausgangsspannung gefordert. In beiden Fällen muß die Regelung der Statorströme der Asyn­ chronmaschine unter Verwendung der stetig (beim Betrieb mit LC- Ausgangsfilter) oder quasi-stetig (bei Verwendung der PWM) vor­ gebbaren Statorspannungen der Asynchronmaschine als Stellgrößen erfolgen.In many applications, however, such a solution comes not considered. Often the user sets a constant pulse frequency of the three-phase converter required, a requirement best by using a modulation scheme according to the principle of pulse width modulation (PWM) can [3]. The innermost control engineering functional unit at Such a PWM process is always the controlled on position of the average over a pulse period output voltages of the three-phase converter. In other applications case is the direct connection of the stator terminals Asynchronous machine with the output terminals of the converter wishes and there will be the interposition of a three-phase LC output filters with regulated output voltage required. In both cases, the regulation of the stator currents of the Asyn chron machine using the steady (when operating with LC Output filter) or quasi-continuous (when using PWM) Stator voltages of the asynchronous machine that can be entered as manipulated variables respectively.

Der Aufbau einer derartigen Regelung bereitet den Herstellern moderner Regelsysteme für Asynchronmaschinen nach wie vor großes Kopfzerbrechen. Zwei wesentliche Punkte stehen hierbei im Vordergrund:Manufacturers are prepared to set up such a regulation modern control systems for asynchronous machines still great headache. There are two key points here in the foreground:

  • - Der Frequenzgang der Führungsübertragungsfunktion der Strom­ regeleinheit sowie- The frequency response of the guide transfer function of the current control unit as well
  • - die unvermeidliche Störbeeinflussung der in Rede stehenden Regelstrecke durch die inneren Spannungen der Asynchron­ maschine oder durch mit diesen zusammenhängende Größen.- the inevitable interference of the people in question Controlled system through the internal voltages of the asynchronous machine or through related sizes.

Sollen die Stromregler mit Größen in einem statororientierten Koordinatensystem arbeiten, so stellt bereits der Frequenzgang der Führungsübertragungsfunktion eines solchen Stromreglers ein massives Problem dar. Gewünscht wird im gesamten, abzudeckenden Frequenzbereich, welcher von 0 bis zu einigen 100 Hz reichen kann, eine Führungsübertragungsfunktion mit einem Betrag von nahezu 1 und einer Phasenverschiebung von nahezu 0. Außerdem wirken die über einen weiten Bereich in Amplitude und Frequenz veränderlichen, induzierten Spannungen der Asynchronmaschine als Störgrößen auf die Stromregelkreise ein. Die Störungsüber­ tragungsfunktion sollte daher im gesamten, abzudeckenden Fre­ quenzbereich einen Betrag von nahezu 0 aufweisen. Diese extre­ men Anforderungen zeigen, daß es sich hierbei um ein äußerst schwierig zu lösendes Problem handelt. Selbst namhafte, auf dem Gebiet der Regelungstechnik erfahrene Unternehmen betreiben bis heute einen immensen Aufwand, um die Stromregelung von Asyn­ chronmaschinen mit Reglern, welche mit statororientierten Grö­ ßen arbeiten, zufriedenstellend in den Griff zu bekommen [4].Are the current regulators with sizes in a stator-oriented Coordinate system work, so already the frequency response the guide transfer function of such a current controller massive problem. It is desired to cover the whole Frequency range, which range from 0 to some 100 Hz may, a leadership transfer function with an amount of almost 1 and a phase shift of almost 0. Also they act over a wide range in amplitude and frequency variable, induced voltages of the asynchronous machine as disturbances on the current control loops. The fault transfer The carrying function should therefore be covered in the entire Fre quenz range have an amount of almost 0. This extreme Men requirements show that this is an extreme difficult problem to solve. Even well-known, on the Experienced companies in the field of control technology operate up to today an immense effort to control the current from Asyn chron machines with controllers, which with stator-oriented size work well to get a satisfactory grip [4].

Etwas günstigere Verhältnisse bestehen, wenn die Stromregler mit Größen im feldorientierten Koordinatensystem oder mit sol­ chen in einem Koordinatensystem, welches gegenüber dem feld­ orientierten nur eine geringe Rotationsgeschwindigkeit auf­ weist, arbeitet. Arbeiten die Regler mit feldorientierten Grö­ ßen, so hat dies den Vorteil, daß es sich sowohl bei den Füh­ rungsgrößen als auch bei den Regel- und Störgrößen, welche in den in Rede stehenden Regelkreisen auftreten, im elektrisch eingeschwungenen Zustand der Asynchronmaschine stets um reine Gleichgrößen handelt. Diese Aussage gilt unabhängig von der Drehzahl und vom Belastungszustand der Maschine. Im anderen Fall der Verwendung eines Koordinatensystems, welches gegenüber dem feldorientierten eine geringe Rotationsgeschwindigkeit auf­ weist, sind die Frequenzen der im elektrisch eingeschwungenen Zustand der Asynchronmaschine auftretenden Größen so gering, daß auch in diesem Fall der Frequenzgang der Führungsübertra­ gungsfunktion eines Stromreglers nicht ins Gewicht fällt. Ein solches Koordinatensystem kann z. B. ein rotororientiertes sein. In beiden Fällen müssen an die Führungsübertragungsfunktionen der Stromregler keine so extremen Anforderungen gerichtet wer­ den, wie dies bei der Ausführung der Stromregler mit statorori­ entierten Größen der Fall ist. Das Problem der Beeinflussung der Stromregelkreise durch Störgrößen bleibt jedoch bestehen. Das diesbezügliche dynamische Verhalten läßt sich allerdings durch eine Spannungsvorsteuerung verbessern, wie sie z. B. aus [6] (S. 81 -97, insbes. Bild 4.11 und Kap. 4.2.2) bekannt ist. Zum Verständnis einer solchen Vorsteuerung seien die Zusammenhänge anhand von Fig. 1 und Fig. 2 erläutert. Dazu sei zunächst festgelegt, daß die in Richtung der d-Achse des feldorientierten Koordinatensystems weisende Komponente ud des Statorspan­ nungsraumzeigers der Asynchronmaschine im folgenden als Längs­ spannung ud der Asynchronmaschine bezeichnet wird. In gleicher Weise wird im folgenden die in Richtung der q-Achse weisende Komponente des Statorspannungsraumzeigers der Asynchronmaschine im folgenden als Querspannung uq der Asynchronmaschine bezeichnet.Somewhat more favorable conditions exist if the current regulator works with variables in the field-oriented coordinate system or with such in a coordinate system which has only a low rotational speed compared to the field-oriented one. If the controllers work with field-oriented variables, this has the advantage that both the guide variables and the control and disturbance variables that occur in the control loops in question are always constant in the electrically steady state of the asynchronous machine acts. This statement applies regardless of the speed and the load condition of the machine. In the other case, the use of a coordinate system, which has a low rotational speed compared to the field-oriented, the frequencies of the quantities occurring in the electrically steady state of the asynchronous machine are so low that the frequency response of the guide transfer function of a current controller is not significant in this case either. Such a coordinate system can e.g. B. be a rotor-oriented. In both cases, the control transmission functions of the current regulator do not have to be as extreme as those when the current regulator is designed with stator-oriented variables. However, the problem of influencing the current control loops through disturbance variables remains. The dynamic behavior in this regard can, however, be improved by means of a voltage feedforward control such as, for. B. from [6] (pp. 81-97, especially Fig. 4.11 and Chap. 4.2.2) is known. To understand such a pilot control are the relationships with reference to FIG. 1 and FIG. 2 explained. For this purpose, it should first be specified that the component u d of the stator voltage pointer of the asynchronous machine pointing in the direction of the d-axis of the field-oriented coordinate system is referred to below as the longitudinal voltage u d of the asynchronous machine. In the same way, the component of the stator voltage space vector of the asynchronous machine pointing in the direction of the q axis is referred to below as the transverse voltage u q of the asynchronous machine.

Fig. 1 zeigt das elektrische Ersatzschaltbild der Asynchron­ maschine für deren Behandlung im feldorientierten Koordinaten­ system. Es besteht zum einen Teil aus der Reihenschaltung einer Drossel mit der Induktivität Lσ (1), welche die subtransiente Induktivität der Asynchronmaschine repräsentiert [5] und einer Spannungsquelle mit der Spannung ud,stat (2). Die Spannung ud,stat ist hierbei die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Längsspannung der Asynchronmaschine. An den Klemmen dieser Reihenschaltung liegt die Längsspannung ud der Asyn­ chronmaschine, in der Drossel mit der Induktivität Lσ (1) bil­ det sich der Längsstrom id der Asynchronmaschine aus. Der an­ dere Teil des elektrischen Ersatzschaltbildes der Asynchron­ maschine besteht in entsprechender Weise aus der Reihenschal­ tung einer weiteren Drossel mit der Induktivität Lσ (3) und ei­ ner Spannungsquelle mit der Spannung uq,stat (4). Die Spannung uq,stat ist hierbei die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Querspannung der Asynchronmaschine. An den Klemmen dieser Reihenschaltung liegt die Querspannung uq der Asynchron­ maschine, in der weiteren Drossel mit der Induktivität Lσ bil­ det sich der Querstrom iq der Asynchronmaschine aus. Die Spannungen ud,stat und uq,stat werden im folgenden verkürzt als stationäre Spannungen bezeichnet. Fig. 1 shows the electrical equivalent circuit of the asynchronous machine for its treatment in the field-oriented coordinate system. It consists in part of the series connection of a choke with the inductance L σ ( 1 ), which represents the subtransient inductance of the asynchronous machine [5] and a voltage source with the voltage u d, stat ( 2 ). The voltage u d, stat is the longitudinal voltage of the asynchronous machine required in the electrically steady state. The longitudinal voltage u d of the asynchronous machine is located at the terminals of this series connection, the series current i d of the asynchronous machine is formed in the inductor L σ ( 1 ). The other part of the electrical equivalent circuit of the asynchronous machine consists in a corresponding manner of the series connection of another choke with inductance L σ ( 3 ) and a voltage source with voltage u q, stat ( 4 ). The voltage u q, stat is the transverse voltage of the asynchronous machine required in the steady state. The transverse voltage u q of the asynchronous machine is at the terminals of this series connection, and the transverse current i q of the asynchronous machine is formed in the further choke with inductance L σ . The voltages u d, stat and u q, stat are referred to below as stationary voltages.

Hierbei handelt es sich nicht um das übliche Wechselstromersatzschaltbild der Asynchronmaschine. Die Ströme und Spannungen sind Gleichgrößen. An der Induktivität fällt im stationären Zustand keine Spannung ab. Die Spannungsquellen repräsentieren die stationären Spannungen einschließlich der Spannungsabfälle an der Streuinduktivität und dem ohmschen Ständerwiderstand.This is not the usual AC equivalent circuit diagram the asynchronous machine. The currents and tensions are equal sizes. At the inductance falls in the stationary Condition no voltage off. Represent the voltage sources the stationary voltages including the voltage drops on the leakage inductance and the ohmic stator resistance.

Hieraus ergibt sich direkt das in Fig. 2 dargestellte, rege­ lungstechnische Blockschaltbild der Stromregelstrecken mit der Längsspannung ud und der Querspannung uq der Asynchronmaschine als Eingangsgrößen und dem Längsstrom id sowie dem Querstrom iq der Asynchronmaschine als Ausgangsgrößen. Die Differenz zwi­ schen der Längsspannung ud der Asynchronmaschine und deren im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigten Längsspannung ud,stat wirkt auf den Eingang eines Integrierers mit der Inte­ grationszeitkonstante Lσ (5), welcher an seinem Ausgang den Längsstrom id der Asynchronmaschine ausgibt. In entsprechender Weise wirkt die Differenz zwischen der Querspannung uq der Asynchronmaschine und deren im elektrisch eingeschwungenen Zu­ stand benötigten Querspannung uq,stat auf den Eingang eines weiteren Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Lσ (6), welcher an seinem Ausgang den Querstrom iq der Asynchron­ maschine ausgibt.This results directly in the FIG. 2, control block diagram of the current control paths with the longitudinal voltage u d and the transverse voltage u q of the asynchronous machine as input variables and the longitudinal current i d and the cross current i q of the asynchronous machine as output variables. The difference between the longitudinal voltage u d of the asynchronous machine and its longitudinal voltage u d, stat required in the electrically steady state, acts on the input of an integrator with the integration time constant L σ ( 5 ), which outputs the longitudinal current i d of the asynchronous machine at its output. Similarly, the difference between the transverse tension acts u q of the asynchronous machine, and their in electrically steady to stand required cross-voltage u q, stat on the input of a further integrator with integration time constant L σ (6) which at its output the cross-current i q of Asynchronous machine outputs.

Wie Fig. 2 zeigt, kann man die im eingeschwungenen Zustand benötigten Spannungen als Störgrößen auffassen. Ihre Wirkung wird gemäß [6], [7], [8] oder [9] dadurch kompensiert, daß man sie in einem Modell nachbildet und den Ausgängen der Stromregler additiv aufschaltet. Das ist auch der Stand der Technik, der dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14 zugrundeliegt. Das Modell verarbeitet dabei die Sollkomponenten oder die Istkomponenten des Statorstromvektors und den Magnetisierungsstrom. Es arbeitet z. B. nach den in [6] auf S. 87 angegebenen Formeln (4.26a) und (4.26b):As FIG. 2 shows, the voltages required in the steady state can be interpreted as disturbance variables. Their effect is compensated according to [6], [7], [8] or [9] by simulating them in a model and adding them to the current regulator outputs. This is also the state of the art on which the preamble of claims 1 and 14 is based. The model processes the target components or the actual components of the stator current vector and the magnetizing current. It works e.g. B. according to the formulas (4.26a) and (4.26b) given in [6] on page 87:

Dabei handelt es sich bei der Größe RS um den ohmschen Statorwiderstand der Asynchronmaschine, bei der Größe LH um deren auf die Statorseite bezogene Hauptfeldinduktivität, bei der Größe LR umd deren auf die Statorseite bezogene Rotorinduktivität, bei der Größe ω₁ um die Winkelgeschwindigkeit, mit der das feldorientierte Koordinatensystem des Führungssystems gegenüber einem statororientierten Koordinatensystem rotiert, bei der Größe im um den vom Führungssystem angenommenen Wert des Magnetisierungsstroms der Asynchronmaschine, bei der Größe isq*(t) um den Sollwert des Querstroms und bei der Größe isd*(t) um den Sollwert des Längsstroms der Asynchronmaschine. Zur Nachbildung der stationären Spannungen können anstelle der Sollwerte isq*(t) und isd*(t) des Querstroms und des Längsstroms auch deren Istwerte verwendet werden.Size R S is the ohmic stator resistance of the asynchronous machine, size L H is its main field inductance related to the stator side, size L R is its rotor inductance related to the stator side, size ω₁ is the angular velocity, with which the field-oriented coordinate system of the guide system rotates compared to a stator-oriented coordinate system, for size i m around the value of the magnetizing current of the asynchronous machine assumed by the guide system, for size i sq * (t) around the setpoint of the cross current and for size i sd * (t) around the nominal value of the longitudinal current of the asynchronous machine. Instead of the setpoints i sq * (t) and i sd * (t) of the cross current and the longitudinal current, their actual values can be used to simulate the stationary voltages.

Diese angenommenen Werte der Störgrößen (usd0*(t) und usq0*(t)) werden dann zu den von den Stromreglern ausgegebenen Spannungssollwerten addiert. Auf diese Weise wird die Beeinflussung der Regelstrecke aus Fig. 2 durch die Störgrößen ud,stat und uq,stat - eine optimale Funktion des Modells sowie eine exakte Kenntnis der Maschinenparameter RS, Lσ, LH und LR vorausgesetzt - kompensiert. Da diese Voraussetzungen nicht immer erfüllt sind, ergeben sich in der Praxis Probleme.These assumed values of the disturbance variables (u sd0 * (t) and u sq0 * (t)) are then added to the voltage setpoints output by the current regulators. In this way, the influence on the controlled system from FIG. 2 is compensated for by the disturbance variables u d, stat and u q, stat - assuming an optimal function of the model and an exact knowledge of the machine parameters R S , L σ , L H and L R . Since these requirements are not always met, problems arise in practice.

Erstens zeigt die Forderung einer exakten Kenntnis dieser Maschinenparameter, daß selbst eine Stromregelung, welche mit Größen des feldorientierten Koordinatensystems arbeitet (oder eines Koordinatensystems, welches gegenüber dem feldorientierten nur sehr langsam rotiert) und dazuhin noch von einer Spannungsvorsteuerung nach dem oben beschriebenen Prinzip Gebrauch macht, noch empfindlich gegenüber Schwankungen der Maschinenparameter RS, Ls, LH und LR bleibt. Jede fehlerhafte Annahme eines dieser Parameter führt zu einer fehlerbehafteten Spannnungsvorsteuerung und damit zu einem erneuten Einwirken von Störgrößen auf die Stromregelkreise.First, the requirement for exact knowledge of these machine parameters shows that even a current control that works with variables of the field-oriented coordinate system (or a coordinate system that rotates very slowly compared to the field-oriented coordinate system) and also uses a voltage pre-control according to the principle described above, remains sensitive to fluctuations in the machine parameters R S , L s , L H and L R. Every incorrect assumption of one of these parameters leads to faulty voltage pre-control and thus to a renewed effect of disturbance variables on the current control loops.

Zweitens handelt es sich bei dem "feldorientierten Koordinatensystem", auf welches sich die vom Führungssystem (siehe Definition des Führungssystems auf Seite   , Abs.   ) vorgegebenen, feldorientierten Stromsollwerte sowie alle weiteren, vom Modell verarbeiteten Größen beziehen, lediglich um ein angenommenes, feldorientiertes Koordinatensystem. Dieses stimmt aber keinesfalls notwendigerweise mit dem tatsächlichen, feldorientierten Koordinatensystem überein.Second, the "field-oriented coordinate system" which the management system (see definition of the management system on page, paragraph), field-oriented current setpoints and all other, from the model processed sizes, just by an assumed, field-oriented coordinate system. But this is by no means true necessarily with the actual, field-oriented Coordinate system.

Fig. 3 zeigt eine Momentaufnahme des Raumzeigerdiagramms der in Rede stehenden Asynchronmaschine sowohl mit einem rotorori­ entierten als auch mit einem feldorientierten Koordinaten­ system. Die gestrichelt gezeichneten Achsen x und y sind die Achsen eines rotorbezogenen Koordinatensystems, die Achsen d und q sind die Achsen des vom Führungssystem angenommenen, feldorientierten Koordinatensystems. Der Raumzeiger ist schließlich der momentane Statorstromraumzeiger der Asynchron­ maschine. Er ist durch seine Komponenten id und iq eindeutig gekennzeichnet. Im Führungssystem wird fortlaufend der Winkel ε, welchen die Achse d mit der Achse x einschließt, gemäß der Gleichung Fig. 3 shows a snapshot of the space vector diagram of the asynchronous machine in question both with a rotor-oriented and with a field-oriented coordinate system. The axes x and y shown in dashed lines are the axes of a rotor-related coordinate system, the axes d and q are the axes of the Management system adopted, field-oriented coordinate system. Finally, the space vector is the current stator current space vector of the asynchronous machine. It is clearly identified by its components i d and i q . In the guidance system, the angle ε, which the axis d includes with the axis x, is continuously calculated according to the equation

gebildet und zur Bestimmung des feldorientierten Koordinatensystems ausgehend vom rotororientierten Koordinatensystem verwendet. Dabei kann in der Nachbildungsvorschrift für ε anstelle des Querstromsollwerts iq,soll auch der Istwert iq des Querstroms Verwendung finden. Weicht nun die vom Führungssystem angenommene, in Richtung der Achse q wirksame Rotorzeitkonstante TRq,FS vom tatsächlichen Wert dieser Zeitkonstante ab, so entsteht ein Fehlwinkel Δε zwischen dem vom Führungssystem angenommenen feldorientierten Koordinatensystem mit den Achsen d und q und dem tatsächlichen feldorientierten Koordinatensystem mit den Achsen dm und qm. Es sind aber die Komponenten id,m und iq,m des Statorstromraumzeigers in diesem, zuletzt genannten Koordinatensystem, deren Regelung eine ideale Entkopplung zwischen der Beeinflussung des Rotorflusses der Asynchronmaschine und der unmittelbaren Beeinflussung von deren inneren Drehmoment erlauben würde. Dem Führungssystem sind jedoch nur die Größenformed and used to determine the field-oriented coordinate system based on the rotor-oriented coordinate system. In the simulation rule for ε, instead of the cross-flow setpoint i q, the actual value i q of the cross-flow should also be used. If the rotor time constant T Rq, FS , which is assumed by the guidance system and is effective in the direction of the axis q, deviates from the actual value of this time constant, then an error angle Δε arises between the field-oriented coordinate system with the axes d and q and the actual field-oriented coordinate system with the Axes d m and q m . However, it is the components i d, m and i q, m of the stator current space vector in this last-mentioned coordinate system, the control of which would allow an ideal decoupling between the influencing of the rotor flux of the asynchronous machine and the direct influencing of its internal torque. The management system, however, is only the sizes

id = id,m · cos Δε - iq,m · sin Δεi d = i d, m · cos Δε - i q, m · sin Δε

sowiesuch as

iq = iq,m · cos Δε + id,m · sin Δεi q = i q, m · cos Δε + i d, m · sin Δε

zugänglich.accessible.

Für Δε≠0 ist demnach eine Entkopplung der Regelstrecken für den Rotorfluß sowie für das innere Drehmoment der Asynchron­ maschine nicht gegeben. Dies wirkt sich wiederum auf den zeit­ lichen Verlauf des Fehlwinkels Δε aus. Die Folge hiervon sind im besten Fall unerwünschte Pendelmomente. Bei ungünstigen Be­ triebszuständen der Asynchronmaschine kann es sogar zu einer Instabilität des gesamten Regelsystems kommen.For Δε ≠ 0 there is therefore a decoupling of the controlled systems for the rotor flux and for the internal torque of the asynchronous machine not given. This in turn affects time the course of the misalignment Δε. The consequence of this are in the best case undesirable pendulum moments. With unfavorable loading drive states of the asynchronous machine can even become one Instability of the entire control system.

Dieses Problem wirft auch ein neues Licht auf eine weitere Schwäche der zuvor angeführten Kompensation der Störgrößen ud,stat und uq,stat in den Stromregelkreisen mit Hilfe eines Modells nach dem in [6-9] angegebenen Prinzip. Diese Kompensation erfolgt dort gesteuert, ausgehend von Größen in dem vom Führungssystem angenommenen feldorientierten Koordinatensystem. Das im Betrieb unvermeidbare Auftreten eines Fehlwinkels Δε führt sofort zu einer Fehlkompensation der Störgrößen in den Stromregelkreisen und somit zu einem erneuten Einwirken von Störgrößen auf dieselben. Dies kann im Extremfall sogar dazu führen, daß diese Stromregelkreise instabil werden. Werden in dem Modell die Stromistwerte verarbeitet, so heben sich jene Folgen der Fehlorientierung auf, welche vom direkten Einfluß der Statorstromkomponenten herrühren, da sich dieser Einfluß symmetrisch auf die d- und die q-Komponente des stationären Spannungsvektors auswirkt. Die Wirkungen des falsch orientierten (und ggf. auch falsch errechneten) Magnetisierungsstroms bleiben aber bestehen.This problem also sheds new light on a further weakness of the compensation of the disturbance variables u d, stat and u q, stat mentioned above in the current control loops with the aid of a model based on the principle given in [6-9]. This compensation takes place in a controlled manner, starting from variables in the field-oriented coordinate system adopted by the guidance system. The occurrence of an error angle Δε, which is unavoidable during operation, immediately leads to incorrect compensation of the disturbance variables in the current control loops and thus to a renewed effect of disturbance variables on the same. In extreme cases, this can even cause these current control loops to become unstable. If the current actual values are processed in the model, those consequences of misorientation, which result from the direct influence of the stator current components, are canceled out, since this influence has a symmetrical effect on the d and q components of the stationary voltage vector. The effects of the incorrectly oriented (and possibly also incorrectly calculated) magnetizing current remain.

Wie diese Ausführungen zeigen ist die oft aufgestellte Behauptung, feldorientiert geregelte Asynchronmaschinen böten ein dy­ namisches Verhalten, welches jenem von Gleichstrommaschinen vergleichbar wäre, beim bisherigen Stand der Technik nur bedingt haltbar.As these comments show, the often-made claim Field-oriented asynchronous machines offer a dy Named behavior, that of DC machines would be comparable, with the prior art only limited durability.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik [6-9] zunächst eine dynamisch äußerst hochwertige und gegen Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems sowie Parameterschwankungen unempfindliche Erfassung der im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigten, stationären Spannungen zu erstellen. Durch Verwendung der erfindungsgemäß erfaßten, stationären Spannungen soll dann eine dynamisch äußerst hochwertige und gegen die zuvor genannten Einflüsse unempfindliche Stromregelung entstehen. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst.The object of the present invention is based on from the prior art described above [6-9] First a dynamic, extremely high quality and against misorientation the field-oriented coordinate system and Parameter fluctuations insensitive detection of the electrical steady state required, stationary voltages to create. By using the then stationary voltages are said to be extremely dynamic high quality and insensitive to the aforementioned influences Current regulation arise. This object is achieved through the characterizing features of the claims 1 and 14 solved.

Die solchermaßen auf ihre Sollwerte eingestellten Statorströme führen bei einer Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems aufgrund der dann abweichenden Stromsollwerte noch immer zu einem anderen als dem erwünschten Betrag des Rotorflusses und zu einem anderen als dem erwünschten inneren Drehmoment. Daher ist es Zweck der Ansprüche 11-13 und 22-24 das Auftreten einer nennenswerten Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems unter Verwendung der erfindungsgemäß erfaßten, stationären Spannungen zu verhindern.The so on their Setpoint values set stator currents result in a misorientation of the field-oriented coordinate system due to the then deviating current setpoints still at an amount other than the desired amount the rotor flux and to a different one than desired internal torque. Therefore, it is the purpose of claims 11-13 and 22-24 the occurrence of a significant misorientation of the field-oriented Coordinate system using the invention to prevent detected stationary voltages.

Alle vorab genannten, bisher unvermeidlichen Schwachpunkte feldorientierter Regelungen treten bei Verwendung der hiermit vorgelegten Erfindung nicht auf. Insgesamt entsteht ein System zur dynamisch äußerst hochwertigen und gegen Parameterschwankungen extrem unempfindlichen feldorientierten Regelung von Asynchronmaschinen. Eine solchermaßen geregelte Asynchronmaschine bietet tatsächlich ein dynamisches Verhalten, welches jenem einer Gleichstrommaschine in nichts nachsteht.All of the above, so far unavoidable weak points of field-oriented regulations occur when using the invention presented herewith not. Overall, a system for extremely high dynamic quality is being created and extremely insensitive to parameter fluctuations field-oriented control of asynchronous machines. Such a way regulated asynchronous machine actually offers a dynamic one Behavior similar to that of a DC machine in nothing is inferior.

Die Erfindung wird nun anhand der Fig. 4-16 beschrieben. Es zeigtThe invention will now be described with reference to FIGS. 4-16. It shows

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Größen des im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten, rotierenden Bezugskoordinatensystems; Fig. 4 is a diagram for explaining the sizes of the rotating reference coordinate system used in the inventive process;

Fig. 5-7 regelungstechnische Blockschaltbilder verschiedener Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Ermittlung der Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0); Fig. 5-7 technical control block diagrams of different embodiments of the device for determining the components of the invention of the stationary voltage vector (u δ 0, u u 0);

Fig. 8 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Möglichkeit zur Erfassung der Komponenten des Statorstromvektors (iδ, iu) im Bezugskoordinatensystem; Fig. 8 is a block diagram for explaining a way to capture the components of the stator current vector (i δ, i u) in the reference coordinate system;

Fig. 9 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer Möglichkeit zur Erfassung der Komponenten des Spannungsvektors (uδ, uu) im Bezugskoordinatensystem; Fig. 9 is a block diagram for explaining a possibility for detecting the components of the voltage vector (u δ, u u) in the reference coordinate system;

Fig. 10 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Stromregelung; Fig. 10 is a block diagram of a power control according to the invention;

Fig. 11 das Blockschaltbild der Stromregler (17, 18) aus Fig. 10 bei deren Ausführung als P-Regler;11 shows the block diagram of the current regulator (17, 18) of Figure 10 at which runs as a P controller..;

Fig. 12 das Blockschaltbild der Stromregler (17, 18) aus Fig. 10 bei deren Ausführung als PI-Regler; FIG. 12 shows the block diagram of the current regulator ( 17, 18 ) from FIG. 10 when it is implemented as a PI regulator;

Fig. 13 das Blockschaltbild der Stromregler (17, 18) aus Fig. 10 bei deren Ausführung als Bypass-I-Regler; FIG. 13 shows the block diagram of the current regulator ( 17, 18 ) from FIG. 10 when it is designed as a bypass I regulator;

Fig. 14 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur erfindungsgemäßen Nachbildung des Vektors der induzierten Spannungen (ui δ, ui u); Fig. 14 shows the block diagram of a device according to the invention for replication of the vector of the induced voltages (u δ i, u i u);

Fig. 15 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur erfindungsgemäßen Ermittlung der Schlupfkreisfrequenz ωR unter Verwendung des Vektors der induzierten Spannungen (ui δ, ui u) aus Fig. 14, dabei ist das rotierende Bezugskorrodinatensystem (δ, u) identisch mit dem vom Führungssystem angenommenen, feldorientierten Koordinatensystem (d, q); Fig. 15 is a block diagram of a device for the inventive determination of the slip angular frequency ω R using the vector of the induced voltages (u i δ, u i u) of FIG. 14, while the rotating Bezugskorrodinatensystem is (δ, u) identical to that of the guide system assumed, field-oriented coordinate system (d, q);

Fig. 16 das Blockschaltbild einer Einrichtung zur erfindungsgemäßen Ermittlung des Istwerts Ψn der Rotorflußverkettung, welcher dann zur Bildung des Längsstromsollwerts iδ ,soll herangezogen wird, auch dabei ist das rotierende Bezugskoordinatensystem (δ, u) identisch mit dem vom Führungssystem angenommenen, feldorientierten Koordinatensystem (d, q). Fig. 16 is a block diagram of a device for the inventive determining the actual value Ψ n of Rotorflußverkettung, which then for the formation of the longitudinal current setpoint value i δ, should be used, also there is the rotating reference coordinate system (δ, u) identical to that accepted by the guidance system, the field-oriented coordinate system (d, q).

Die vorliegende Erfindung macht von einem sogenannten Bezugs­ koordinatensystem mit den Achsen δ und u Gebrauch. In diesem Bezugssystem arbeiten die Stromregler und die Erfassung für die im eingeschwungenen Zustand benötigten Spannungen. Das Führungssystem selbst arbeitet weiterhin im feldorientierten Koordinatensystem.The present invention makes a so-called reference coordinate system with the axes δ and u use. In this Reference system, the current regulator and the acquisition work for the voltages required in the steady state. The guidance system itself continues to work in the field-oriented Coordinate system.

Zur Veranschaulichung der nun folgenden Erläuterungen dient Fig. 4. Das Bezugskoordinatensystem rotiert mit der Bezugswinkelgeschwindigkeit ω gegenüber einem statorbezogenen Koordinatensystem mit den Achsen a und b. Sämtliche, in Richtung der Achse δ des Bezugskoordinatensystems weisenden Komponenten von Raumzeigern werden im folgenden mit dem Index δ, sämtliche in Richtung der Achse u des Bezugskoordinatensystems weisenden Komponenten von Raumzeigern mit dem Index u gekennzeichnet. Eine optimale Funktionsweise der hiermit vorgelegten Erfindung erzielt man, wenn ω=ωs ist. FIG. 4 serves to illustrate the explanations that now follow . The reference coordinate system rotates with the reference angular velocity ω in relation to a stator-related coordinate system with the axes a and b. All components of space pointers pointing in the direction of the axis δ of the reference coordinate system are identified below with the index δ, all components of space pointers pointing in the direction of the axis u of the reference coordinate system are identified with the index u. An optimal functioning of the invention presented herewith is achieved when ω = ω s .

Dies gilt unabhängig von der Lage des Bezugskoordinatensystems gegenüber dem feldorientierten Koordinatensystem. Ausschlaggebend für die optimale Funktion ist nämlich die Tatsache, daß für ω=ωs die den Stromreglern zugeführten Sollwerte Gleichgrößen sind. Wird dagegen ein Bezugskoordinatensystem mit ω≠ωs gewählt, so müssen Abweichungen von der optimalen Funktionsweise in Kauf genommen werden. In diesem Fall weisen die den Stromreglern zugeführten Sollwerte nämlich die von Null verschiedene Kreisfrequenz ωs-ω auf. Für ω≈ωs, also bei geringer Rotationsgeschwindigkeit des Bezugskoordinatensystems gegenüber dem feldorientierten Koordinatensystem, sind die Abweichungen von der optimalen Funktionsweise jedoch so gering, daß sie praktisch nicht in Erscheinung treten.This applies regardless of the position of the reference coordinate system in relation to the field-oriented coordinate system. The decisive factor for the optimal function is the fact that for ω = ω s the setpoints supplied to the current regulators are constant quantities. If, on the other hand, a reference coordinate system with ω ≠ ω s is selected, deviations from the optimal functioning must be accepted. In this case, the setpoints supplied to the current controllers have an angular frequency ω s -ω different from zero. For ω≈ω s , that is, when the reference coordinate system is at a low rotational speed compared to the field-oriented coordinate system, the deviations from the optimal functioning are so small that they practically do not appear.

Infolgedessen besteht bei der Wahl des Bezugskoordinatensystems ein gewisser Freiraum. Ein feldorientiertes Koordinatensystem, ein rotororientiertes Koordinatensystem oder eine Mischform aus beiden seien hier nur beispielhaft als Möglichkeiten zur Ausführung des Bezugskoordinatensystems angeführt.Consequently there is some in the choice of the reference coordinate system Free space. A field-oriented coordinate system, a rotor-oriented Coordinate system or a mixture of both are only examples here as options for execution of the reference coordinate system.

In allen Ausbildungsformen der hiermit vorgelegten Erfindung wird ein feldorientiertes Führungssystem (7) eingesetzt. Dieses ermittelt zunächst die feldorientierten Stromsollwerte id,soll und iq,soll. Diese werden dann in das Bezugskoordinatensystem transformiert. Die so gewonnenen Sollwerte iδ ,soll und iu ,soll für die Komponenten iw und iu des Statorstromraumzeigers im Bezugskoordinatensystem werden schließlich an den Ausgängen des Führungssystem ausgegeben.A field-oriented management system ( 7 ) is used in all forms of training of the invention presented herewith. This first determines the field-oriented current setpoints i d, target and i q, target. These are then transformed into the reference coordinate system. The setpoints i δ , setpoint and i u , setpoint thus obtained for the components i w and i u of the stator current space vector in the reference coordinate system are finally output at the outputs of the guide system.

Eine erste Ausbildungsform der hiermit vorgelegten Erfindung zeigt Fig. 5. Zunächst wird die Differenz zwischen der als Deltaspannung uδ bezeichneten Komponente des Statorspannungsraumzeigers der zu regelnden Asynchronmaschine und einem Korrektursignal uw ,b gebildet und dem Eingang eines ersten Integrierers (8) zugeführt, dessen Integrationszeitkonstante der subtransienten Induktivität Lσ entspricht. Von der Ausgangsgröße iw ,b dieses Integrierers (8) wird der Deltastrom iδ der zu regelnden Asynchronmaschine subtrahiert. Die so gewonnene Größe iδ ,b-iw wird dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Gδ (9) zugeführt. Dessen Ausgangsgröße uδ ,bP ist identisch mit dem Korrektursignal uδ ,b. Das Korrektursignal uδ ,b findet nun als Signal uδ 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Deltaspannung uw ,stat Verwendung. In entsprechender Weise wird die Differenz zwischen der als Thetaspannung uu bezeichneten Komponente des Statorspannungsraumzeigers der zu regelnden Asynchronmaschine und einem Korrektursignal uu ,b gebildet und dem Eingang eines weiteren Integrierers (10) zugeführt, dessen Integrationszeitkonstante ebenfalls der subtransienten Induktivität Lσ entspricht. Von der Ausgangsgröße iu ,b dieses Integrierers (10) wird der Thetastrom iu der zu regelnden Asynchronmaschine subtrahiert. Die so gewonnene Größe iu ,b-iu wird dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Gu (11) zugeführt. Dessen Ausgangsgröße uu ,bP ist identisch mit dem Korrektursignal uu ,b. Das Korrektursignal uu ,b findet nun als Signal uu 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Thetaspannung uu ,stat Verwendung. Fig. 5 shows a first embodiment of the invention presented herewith . First, the difference between the component of the stator voltage space vector, referred to as delta voltage u δ , of the asynchronous machine to be controlled and a correction signal u w , b is formed and fed to the input of a first integrator ( 8 ), whose Integration time constant corresponds to the subtransient inductance L σ . The delta current i δ of the asynchronous machine to be controlled is subtracted from the output variable i w , b of this integrator ( 8 ). The quantity i δ , b -i w obtained in this way is fed to the input of a proportional amplifier with the amplification factor G δ ( 9 ). Its output variable u δ , bP is identical to the correction signal u δ , b . The correction signal u δ , b is now used as a signal u δ 0 for the delta voltage u w , stat required in the electrically steady state. The difference between the component of the stator voltage space vector of the asynchronous machine to be controlled and a correction signal u u , b , which is referred to as theta voltage u u , is formed in a corresponding manner and is fed to the input of a further integrator ( 10 ) whose integration time constant also corresponds to the subtransient inductance L σ . The theta current i u of the asynchronous machine to be controlled is subtracted from the output variable i u , b of this integrator ( 10 ). The quantity i u , b -i u obtained in this way is fed to the input of a proportional amplifier with the amplification factor G u ( 11 ). Its output variable u u , bP is identical to the correction signal u u , b . The correction signal u u , b is now used as the signal u u 0 for the theta voltage u u , stat required in the electrically steady state.

Bei der Anordnung nach Fig. 5 ergeben sich die ÜbertragungsfunktionenIn the arrangement according to FIG. 5, the transfer functions result

Die stationären Spannungen uδ ,stat und uu ,stat werden also hier mit einer Verzögerung 1. Ordnung erfaßt. Für diese Erfassung ist lediglich die Kenntnis der subtransienten Induktivität Lσ notwendig. Weitere Maschinenparameter werden nicht gebraucht. Des weiteren hat auch eine Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems keinerlei Auswirkung auf die Funktion der in Rede stehenden Anordnung, da in ihr weder der Betrag noch die Lage des Magnetisierungsstromraumzeigers gegenüber dem Bezugskoordinatensystem verarbeitet werden.The stationary voltages u δ , stat and u u , stat are therefore detected here with a first-order delay. Only knowledge of the subtransient inductance L σ is necessary for this detection. No other machine parameters are needed. Furthermore, a misorientation of the field-oriented coordinate system has no effect on the function of the arrangement in question, since neither the amount nor the position of the magnetizing current space vector in relation to the reference coordinate system is processed in it.

In der Ausbildungsform gemäß Fig. 6 wird die in Fig. 5 gezeigte Anordnung dahingehend erweitert, daß das Differenzsignal iδ ,b-iδ zusätzlich dem Eingang eines Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tδ (12) zugeführt wird. Die Ausgangsgröße uδ ,bI dieses Integrierers (12) und die Ausgangsgröße uδ ,bP des Proportionalverstärkers (9) werden nun addiert. Die so entstandene Summe uδ ,bP+uδ ,bI wird anstelle der Größe uδ ,bP als Korrektursignal uδ ,b verwendet. In entsprechender Weise wird das Differenzsignal iu ,b-iu zusätzlich dem Eingang eines Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tu (13) zugeführt. Die Ausgangsgröße uu ,bI dieses Integrierers (13) und die Ausgangsgröße uu ,bP des Proportionalverstärkers (11) werden nun addiert. Die so entstandene Summe uu ,bP+uu ,bI wird anstelle der Größe uu ,bP als Korrektursignal uu ,b verwendet.In the embodiment of FIG. 6 is expanded, the arrangement shown in Fig. 5 to the effect that the difference signal δ i, b i δ addition of an integrator with integration time constant T δ is supplied (12) to the input. The output variable u δ , bI of this integrator ( 12 ) and the output variable u δ , bP of the proportional amplifier ( 9 ) are now added. The resulting sum u δ , bP + u δ , bI is used as a correction signal u δ , b instead of the quantity u δ , bP . In a corresponding manner, the difference signal i u , b -i u is additionally fed to the input of an integrator with the integration time constant T u ( 13 ). The output variable u u , bI of this integrator ( 13 ) and the output variable u u , bP of the proportional amplifier ( 11 ) are now added. The resulting sum u u , bP + u u , bI is used instead of the quantity u u , bP as a correction signal u u , b .

Wird die in Fig. 6 dargestellte Ausbildungsform dahingehend abgewandelt, daß anstelle des Signals uδ ,b die Ausgangsgröße uδ ,bI des Integrierers (12) als Signal uδ 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Deltaspannung uδ ,stat der zu regelnden Asynchronmaschine verwendet wird und daß in entsprechender Weise anstelle des Signals uu ,b die Ausgangsgröße uu ,bI des Integrierers (13) als Signal uu 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Thetaspannung uu ,stat der zu regelnden Asynchronmaschine verwendet wird, so entsteht die in Fig. 7 dargestellte Anordnung. If the modified in Fig. Education shape shown 6 in that instead of the signal u δ, b, the output u δ, bi of the integrator (12) u δ as signal 0 δ u for the required in the electrically steady state delta voltage, stat of the controlled Asynchronous machine is used and that instead of the signal u u , b, the output variable u u , bI of the integrator ( 13 ) is used as a signal u u 0 for the theta voltage u u , stat required in the electrically steady state, of the asynchronous machine to be controlled, this creates the arrangement shown in FIG. 7.

Eine Möglichkeit zur Erfassung des Deltastroms iδ und des Thetastroms iu zeigt Fig. 8. Dort werden zunächst zwei, den Statorstromraumzeiger in einem statororientierten Koordinatensystem eindeutig kennzeichnende Statorströme der Asynchronmaschine (14) erfaßt. In der in Fig. 8 gezeigten Anordnung sind dies die Ströme iR und iS. Diese Ströme werden nun den zugehörigen Eingängen eines ersten Koordinatenwandlers (15) zugeführt [6]. Des weiteren wird der im folgenden als Bezugswinkel ϕ bezeichnete Winkel zwischen der Achse δ des Bezugskoordinatensystems und einer frei wählbaren, aber feststehenden Achse des statororientierten Koordinatensystems vom Führungssystem (7) ausgegeben und dem zugehörigen Eingang des ersten Koordinatenwandlers (15) zugeführt. Dieser erste Koordi­ natenwandler gibt an seinen Ausgängen den Deltastrom iδ sowie den Thetastrom iu der Asynchronmaschine (14) aus. FIG. 8 shows one possibility for detecting the delta current i δ and the theta current i u . First, two stator currents of the asynchronous machine ( 14 ) which clearly identify the stator current space vector in a stator-oriented coordinate system are recorded there. In the arrangement shown in FIG. 8, these are the currents i R and i S. These currents are then fed to the associated inputs of a first coordinate converter ( 15 ) [6]. Furthermore, the angle referred to below as the reference angle ϕ between the axis δ of the reference coordinate system and a freely selectable but fixed axis of the stator-oriented coordinate system is output by the guide system ( 7 ) and fed to the associated input of the first coordinate converter ( 15 ). This first coordinate converter outputs the delta current i δ and the theta current i u of the asynchronous machine ( 14 ) at its outputs.

In einem konkreten Beispiel hierzu ist als die oben erwähnte, frei wählbare aber feststehende Achse des statororientierten Koordinatensystems die Achse R gewählt. Des weiteren bilden die Achsen δ und u ein orthogonales Koordinatensystem. In diesem Fall werden die Ausgangsgrößen des ersten Koordinatenwandlers (15) nach den folgenden Gleichungen gebildet:In a concrete example of this, the axis R is selected as the above-mentioned, freely selectable but fixed axis of the stator-oriented coordinate system. Furthermore, the axes δ and u form an orthogonal coordinate system. In this case, the output variables of the first coordinate converter ( 15 ) are formed according to the following equations:

Eine Möglichkeit zur Erfassung der Deltaspannung uδ und der Thetaspannung uu zeigt Fig. 9. Dort werden zunächst zwei, den Statorspannungsraumzeiger in einem statororientierten Koordinatensystem eindeutig kennzeichnende Statorspannungen der Asynchronmaschine (14) erfaßt. In der in Fig. 9 gezeigten Anordnung sind dies die Spannungen uRS und uST. Diese Spannungen werden nun den zugehörigen Eingängen eines zweiten Koor­ dinatenwandlers (16) zugeführt. Des weiteren wird der Bezugs­ winkel ϕ vom Führungssystem (7) ausgegeben und dem zugehörigen Eingang des zweiten Koordinatenwandlers (16) zugeführt. Dieser zweite Koordinatenwandler gibt an seinen Ausgängen die Delta­ spannung uδ sowie die Thetaspannung uu der Asynchronmaschine (14) aus. FIG. 9 shows one possibility of detecting the delta voltage u δ and the theta voltage u u . First, two stator voltages of the asynchronous machine ( 14 ) which clearly identify the stator voltage space vector in a stator-oriented coordinate system are detected. In the arrangement shown in FIG. 9, these are the voltages u RS and u ST . These voltages are now fed to the associated inputs of a second coordinate converter ( 16 ). Furthermore, the reference angle ϕ is output by the guide system ( 7 ) and fed to the associated input of the second coordinate converter ( 16 ). This second coordinate converter outputs the delta voltage u δ and the theta voltage u u of the asynchronous machine ( 14 ) at its outputs.

In einem konkreten Beispiel hierzu ist als die oben erwähnte, frei wählbare aber feststehende Achse des statororientierten Koordinatensystems wiederum die Achse R gewählt. Des weiteren bilden die Achsen δ und u ein orthogonales Koordinatensystem. In diesem Fall werden die Ausgangsgrößen des zweiten Koor­ dinatenwandlers (16) nach den folgenden Gleichungen gebildet:In a concrete example, the axis R is again selected as the above-mentioned, freely selectable but fixed axis of the stator-oriented coordinate system. Furthermore, the axes δ and u form an orthogonal coordinate system. In this case, the output variables of the second coordinate converter ( 16 ) are formed according to the following equations:

Die gesamte Stromregelung der Asynchronmaschine mit dem Eingriff der Spannungsvorsteuerung zeigt Fig. 10. Der vom Führungssystem (7) ausgegebene Sollwert iδ ,soll für den Deltastrom iδ der Asynchronmaschine (14) sowie ein Signal iδ ,ist für dessen Istwert werden den zugehörigen Eingängen eines Deltastromreglers (17) zugeführt. Dieser Deltastromregler gibt an seinem Ausgang eine Größe uδ ,korr aus. Nun wird die Summe aus der Aus­ gangsgröße uδ ,korr des Deltastromreglers (17) und dem Signal uδ 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Deltaspannung gebildet und als Sollwert uδ ,soll für die Delta­ spannung uδ der Asynchronmaschine (14) verwendet. In entsprechender Weise werden der vom Führungssystem (7) ausgegebene Sollwert iu ,soll für den Thetastrom iu der Asynchronmaschine (14) sowie ein Signal iu ,ist für dessen Istwert den zugehörigen Eingängen eines Thetastromreglers (18) zugeführt. Dieser Thetastromregler gibt an seinem Ausgang eine Größe uu ,korr aus. Nun wird die Summe aus der Ausgangsgröße uu ,korr des Thetastromreglers (17) und dem Signal uu 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Thetaspannung gebildet und als Sollwert uu ,soll für die Thetaspannung uu der Asynchronmaschine (14) verwendet. Als Signal iδ ,ist für den Istwert des Deltastroms iδ wird der gemessene Deltastrom iδ selbst verwendet. Ebenso wird der gemessene Thetastrom iu selbst als Signal iu ,ist für dessen Istwert verwendet.The entire current control of the asynchronous machine with the intervention of the voltage precontrol is shown in FIG. 10. The setpoint value i δ output by the control system ( 7 ) is intended for the delta current i δ of the asynchronous machine ( 14 ) and a signal i δ is for its actual value the associated values Inputs of a delta current controller ( 17 ) supplied. This delta current controller outputs a variable u δ , corr at its output. Now the sum of the output variable u δ , corr of the delta current controller ( 17 ) and the signal u δ 0 for the delta voltage required in the steady-state condition is formed and as the setpoint u δ , the delta voltage u δ of the asynchronous machine ( 14 ) used. Similarly, the output from the guidance system (7) Reference is i u, of the asynchronous machine (14) and a signal is i u for the Thetastrom i u, the corresponding inputs of a Thetastromreglers (18) is supplied to the actual value. This theta current regulator outputs a quantity u u , corr at its output. Now the sum of the output variable u u , corr of the theta current regulator ( 17 ) and the signal u u 0 for the theta voltage required in the steady state is formed and as the setpoint u u , should be used for the theta voltage u u of the asynchronous machine ( 14 ). As a signal i δ, is for the actual value of the delta current i δ is the measured current i δ Delta used itself. Likewise, the measured theta current i u itself is used as signal i u and is used for its actual value.

Die Sollwerte uδ ,soll und uu ,soll für die Delta- und die Theta­ spannung der Asynchronmaschine (14) werden nun den zugehörigen Eingängen eines Sollwert-Koordinatenwandlers (19) zugeführt. Der Bezugswinkel ϕ wird wiederum vom Führungssystem (7) ausge­ geben und dem zugehörigen Eingang dieses Sollwert-Koordinaten­ wandlers (19) zugeführt. Dieser Sollwert-Koordinatenwandler (19) gibt an seinen Ausgängen zwei, den Sollwert des Stator­ spannungsraumzeigers der Asynchronmaschine (14) eindeutig kenn­ zeichnende Größen u1,soll und u2,soll aus. Diese werden den Sollwerteingängen eines leistungselektronischen Stellglieds (20) mit zugehöriger Steuereinrichtung (21) zugeführt, welches an seinen Ausgangsklemmen einen Spannungsraumzeiger mit den Komponenten u1 und u2 ausgibt. Die Ausgangsklemmen des lei­ stungselektronischen Stellglieds (20) sind mit den zugehörigen Statorklemmen der Asynchronmaschine (14) verbunden.The setpoints u δ , set and u u , set for the delta and theta voltage of the asynchronous machine ( 14 ) are now fed to the associated inputs of a setpoint coordinate converter ( 19 ). The reference angle ϕ is in turn given by the guide system ( 7 ) and the associated input of this setpoint coordinate converter ( 19 ) supplied. This setpoint coordinate converter ( 19 ) outputs at its outputs two quantities u 1, setpoint and u 2, set out which clearly identify the set point of the stator voltage space vector of the asynchronous machine ( 14 ). These are fed to the setpoint inputs of a power electronic actuator ( 20 ) with associated control device ( 21 ), which outputs a voltage space vector with components u 1 and u 2 at its output terminals. The output terminals of the power electronic actuator ( 20 ) are connected to the associated stator terminals of the asynchronous machine ( 14 ).

In einem konkreten Beispiel hierzu ist wiederum als frei wähl­ bare aber feststehende Achse des statororientierten Koordina­ tensystems die Achse R gewählt. Die Achsen δ und u bilden wie­ derum ein orthogonales Koordinatensystem. In dem in Rede ste­ henden Ausführungsbeispiel ist der Sollwert-Koordinatenwandler (19) so ausgeführt, daß er die Sollwerte uRS,soll und uST,soll für die Statorspannungen uRS und uST der Asynchronmaschine (14) ausgibt. Diese Sollwerte werden im Sollwert-Koordinatenwandler in dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel nach den folgenden Gleichungen gebildet:In a concrete example of this, the axis R is again chosen as a freely selectable but fixed axis of the stator-oriented coordinate system. The axes δ and u form an orthogonal coordinate system. In the embodiment in question, the setpoint coordinate converter ( 19 ) is designed so that it outputs the setpoints u RS, should and u ST, for the stator voltages u RS and u ST of the asynchronous machine ( 14 ). These setpoints are formed in the setpoint coordinate converter in the exemplary embodiment in question according to the following equations:

Durch die additive Aufschaltung der Signale uδ 0 und uu 0 auf die Stromreglerausgänge wird die Störbeeinflussung der Stromregelkreise durch die stationär benötigten Spannungen uw ,stat und uu ,stat (siehe Fig. 2) mit statisch und dynamisch hochwertiger Qualität kompensiert. Die Beziehungen uδ 0=uw ,stat uu 0=uu ,stat für den elektrisch eingeschwungenen Zustand bleiben selbst dann gültig, wenn die Integrationszeitkonstante der Integrierer (8, 10) von dem der subtransienten Induktivität Lσ entsprechenden Wert abweicht. Lediglich das Einschwingverhalten der Signale uδ 0 und uu 0 nach Änderungen der stationären Spannungen uδ ,stat und uu ,stat wird durch eine fehlerhaft eingestellte Integrationszeitkonstante beeinträchtigt.The additive connection of the signals u δ 0 and u u 0 to the current controller outputs compensates for the interference of the current control loops by the stationary voltages u w , stat and u u , stat (see Fig. 2) with high quality, both statically and dynamically. The relationships u δ 0 = u w , stat u u 0 = u u , stat for the steady-state condition remain valid even if the integration time constant of the integrators ( 8, 10 ) deviates from the value corresponding to the subtransient inductance L σ . Only the transient response of the signals u δ 0 and u u 0 after changes in the stationary voltages u δ , stat and u u , stat is impaired by an incorrectly set integration time constant.

Die Gesamtanordnung weist also eine geringe Parameterempfindlichkeit bezüglich Lσ sowie eine völlige Unempfindlichkeit gegenüber allen anderen Maschinenparametern und gegenüber einer Fehlorientierung des vom Führungssystem (7) verwendeten, feldorientierten Koordinatensystems auf.The overall arrangement thus has a low sensitivity to parameters with respect to L σ and a complete insensitivity to all other machine parameters and to a misorientation of the field-oriented coordinate system used by the guide system ( 7 ).

Die völlige Unempfindlichkeit gegenüber einer Fehlorientierung des feldorientierten Koordinatensystems rührt daher, daß weder der Betrag noch die Lage des Magnetisierungsstromraumzeigers gegenüber dem Bezugskoordinatensystem in die beschriebene Anordnung Eingang finden. Die völlige Unempfindlichkeit gegenüber allen Maschinenparametern mit Ausnahme von Lσ rührt in entsprechender Weise daher, daß außer Lσ kein weiterer Maschinenparameter in die beschriebene Anordnung Eingang findet.The complete insensitivity to a misorientation of the field-oriented coordinate system stems from the fact that neither the amount nor the position of the magnetizing current space vector with respect to the reference coordinate system find their way into the arrangement described. The complete insensitivity to all machine parameters with the exception of L σ stems in a corresponding manner from the fact that no other machine parameters except L σ find their way into the arrangement described.

Werden die Korrektursignale uδ ,b sowie uu ,b, wie in Fig. 6 dargestellt, unter Zuhilfenahme der beiden Integrierer mit den Integrationszeitkonstanten Tδ (12) und Tu (13) gebildet, so kann dem Deltastromregler (17) anstelle des gemessenen Deltastroms iδ die Ausgangsgröße iδ ,b des ersten Integrierers (8) als Signal iδ ,ist zugeführt werden und es kann dem Thetastromregler (18) anstelle des gemessenen Thetastroms iu die Ausgangsgröße iu ,b des weiteren Integrierers (10) als Signal iu ,ist zugeführt werden.If the correction signals u δ , b and u u , b , as shown in FIG. 6, are formed with the aid of the two integrators with the integration time constants T δ ( 12 ) and T u ( 13 ), then the delta current controller ( 17 ) can be used instead of the measured delta current i δ the output quantity i δ , b of the first integrator ( 8 ) as signal i δ , is supplied and the output variable i u , b of the further integrator ( 10 ) can be sent to the theta current regulator ( 18 ) instead of the measured theta current i u as signal i u , is supplied.

Fig. 11 zeigt die Ausführung der Stromregler (17, 18) als P-Regler. Dort wird im Deltastromregler (17) zunächst die Differenz iw ,soll-iδ ,ist zwischen dessen beiden Eingangs­ größen gebildet. Diese Differenz wird nun dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Kiδ (22) zugeführt. Dessen mit uδ ,korr,P bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Deltastromreglers (17) als Größe uδ ,korr ausgegeben. In entsprechender Weise wird im Thetastromregler (18) zunächst die Differenz iu ,soll-iu ,ist zwischen dessen beiden Eingangsgrößen gebildet. Diese Differenz wird dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Kiu (23) zugeführt. Dessen mit uu ,korr,P bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Thetastromreglers (18) als Größe uu ,korr ausgegeben. Fig. 11 shows the execution of the current controller ( 17, 18 ) as a P controller. There, the difference i w , target -i δ , is formed in the delta current controller ( 17 ) between its two input variables. This difference is now fed to the input of a proportional amplifier with the gain factor Ki δ ( 22 ). Its output variable, designated u δ , corr, P, is output at the output of the delta current controller ( 17 ) as a variable u δ , corr . In a corresponding manner, the difference i u , should -i u , is formed in the theta current regulator ( 18 ) between its two input variables. This difference is fed to the input of a proportional amplifier with the gain factor Ki u ( 23 ). Its output variable, designated u u , corr, P, is output at the output of the theta current regulator ( 18 ) as variable u u , corr .

Fig. 12 zeigt die Ausführung der Stromregler (17, 18) als PI-Regler. Dort wird im Deltastromregler (17) zunächst die Differenz iδ ,soll-iδ ,ist zwischen dessen beiden Eingangsgrößen gebildet. Diese Differenz wird nun dem Eingang eines PI-Verstärkers mit dem Proportionalverstärkungsfaktor Kiδ* und der Integrationszeitkonstante Tiδ (24) zugeführt. Dessen mit uδ ,korr,PI bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Deltastromreglers (17) als Größe uδ ,korr ausgegeben. In entsprechender Weise wird im Thetastromregler (18) zunächst die Differenz iu ,soll-iu ,ist zwischen dessen beiden Eingangsgrößen gebildet. Diese Differenz wird dem Eingang eines PI-Verstärkers mit dem Proportionalverstärkungsfaktor Kiu* und der Integrationszeitkonstante Tiu (25) zugeführt. Dessen mit uu ,korr,PI bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Thetastromreglers (18) als Größe uu ,korr ausgegeben. Fig. 12 shows the execution of the current controller ( 17, 18 ) as a PI controller. There the difference i δ , target -i δ , is formed in the delta current controller ( 17 ) between its two input variables. This difference is now fed to the input of a PI amplifier with the proportional gain factor Ki δ * and the integration time constant Ti δ ( 24 ). Its output variable, designated u δ , corr, PI, is output at the output of the delta current controller ( 17 ) as a variable u δ , corr . In a corresponding manner, the difference i u , should -i u , is formed in the theta current regulator ( 18 ) between its two input variables. This difference is fed to the input of a PI amplifier with the proportional gain factor Ki u * and the integration time constant Ti u ( 25 ). The output variable designated u u , corr, PI is output at the output of the theta current regulator ( 18 ) as a variable u u , corr .

Fig. 13 zeigt die Ausführung der Stromregler (17, 18) als Bypass-I-Regler. Auch dort wird im Deltastromregler (17) zunächst die Differenz iδ ,soll-iδ ,ist zwischen dessen beiden Eingangsgrößen gebildet. Diese Differenz wird nun dem Eingang eines Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tiδ ,BI (26) zugeführt. Die mit iδ ,korr bezeichnete Ausgangsgröße dieses Integrierers (26) und der Sollwert iδ ,soll für den Deltastrom iw der Asynchronmaschine (14) werden anschließend addiert. Auf diese Weise entsteht der sogenannte modifizierte Deltastromsollwert iδ ,soll* = iδ ,soll + iδ ,korr. Nun wird die Differenz iδ ,soll*-Ci1δ · iδ ,ist zwischen dem modifizierten Deltastromsollwert iδ ,soll* und dem mit dem Faktor Ci1δ gewichteten Signal iδ ,ist für den Deltastrom iδ der Asynchronmaschine (14) gebildet und dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Ciδ (27) zugeführt. Dessen mit uδ ,korr,BY bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Deltastromreglers (17) als Größe uδ ,korr ausgegeben. In entsprechender Weise wird im Thetastromregler (18) zunächst die Differenz iu ,soll - iu ,ist zwischen dessen beiden Eingangsgrößen gebildet. Diese Differenz wird nun dem Eingang eines Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tiu ,BI (28) zugeführt. Die mit iu ,korr bezeichnete Ausgangsgröße dieses Integrierers (28) und der Sollwert iu ,soll für den Thetastrom iu der Asynchronmaschine (14) werden anschließend addiert. Auf diese Weise entsteht der sogenannte modifizierte Thetastromsollwert iu ,soll* = iu ,soll + iu ,korr. Nun wird die Differenz iu ,soll* - Ci1u · iu ,ist zwischen dem modifizierten Thetastromsollwert iu ,soll* und dem mit dem Faktor Ci1u gewichteten Signal iu ,ist für den Thetastrom iu der Asynchronmaschine (14) gebildet und dem Eingang eines Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Ciu (29) zugeführt. Dessen mit uu ,korr,BY bezeichnete Ausgangsgröße wird am Ausgang des Thetastromreglers (18) als Größe uu ,korr ausgegeben. Fig. 13 shows the design of the current controller ( 17, 18 ) as a bypass I controller. Here too, the difference i δ , target -i δ , is formed in the delta current controller ( 17 ) between its two input variables. This difference is now fed to the input of an integrator with the integration time constant Ti δ , BI ( 26 ). The output variable of this integrator ( 26 ) , designated i δ , corr , and the setpoint i δ , for the delta current i w of the asynchronous machine ( 14 ) are then added. In this way, the so-called modified delta current setpoint i δ , set * = i δ , set + i δ , corr . Now, the difference δ i, soll * -Ci1 δ · i δ is δ i between the modified Delta current target value, * and the weighted signal δ by the factor Ci1 to δ i, is formed for the delta current i δ of the induction machine (14) and fed to the input of a proportional amplifier with the amplification factor Ci δ ( 27 ). Its output variable, designated u δ , corr, BY, is output at the output of the delta current controller ( 17 ) as a variable u δ , corr . In a corresponding manner, the difference i u , soll - i u , is formed in the theta current regulator ( 18 ) between its two input variables. This difference is now fed to the input of an integrator with the integration time constant Ti u , BI ( 28 ). The output quantity of this integrator ( 28 ) , designated i u , corr , and the setpoint i u , shall be added for the theta current i u of the asynchronous machine ( 14 ). In this way, the so-called modified theta current setpoint i u , set * = i u , set + i u , corr . Now, the difference i u, is intended to * - Ci1 u · i u is between the modified Thetastromsollwert i u, to * and is the factor Ci1 u weighted signal i u, formed for the Thetastrom i u of the asynchronous machine (14) and fed to the input of a proportional amplifier with the amplification factor Ci u ( 29 ). The output variable designated u u , corr, BY is output at the output of the theta current regulator ( 18 ) as variable u u , corr .

In einer weiteren Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung wird dem Eingang des ersten Integrierers (8) nicht, wie in den bisher beschriebenen Ausbildungsformen, die Differenz uδ - uδ ,b zwischen der Deltaspannung uδ der Asynchronmaschine (14) und der Größe uδ ,b, sondern die Differenz uδ ,nb - uδ ,b zwischen einer Größe uδ ,nb und der Größe uδ ,b zugeführt. Ebenso wird dem Eingang des weiteren Integrierers (10) nicht, wie in den bisher beschriebenen Ausbildungsformen, die Differenz uu - uu ,b zwischen der Thetaspannung uu der Asynchronmaschine (14) und der Größe uu ,b, sondern die Differenz uu ,nb - uu ,b zwischen einer Größe uu ,nb und der Größe uu ,b zugeführt. Dabei handelt es sich bei den Größen uδ ,nb und uu ,nb um nachgebildete Signale für die Deltaspannung uδ und die Thetaspannung uu.In a further embodiment of the present invention, the difference u δ - u δ , b between the delta voltage u δ of the asynchronous machine ( 14 ) and the quantity u δ , is not the input of the first integrator ( 8 ), as in the previously described embodiments . b , but the difference u δ , nb - u δ , b between a quantity u δ , nb and the quantity u δ , b is supplied. Likewise, the input of the further integrator ( 10 ) is not, as in the training forms described so far, the difference u u - u u , b between the theta voltage u u of the asynchronous machine ( 14 ) and the quantity u u , b , but the difference u u, nb - u u, b u u between a size, and the size nb u u, b supplied. The quantities u δ , nb and u u , nb are simulated signals for the delta voltage u δ and the theta voltage u u .

Die Nachbildung des Spannungsraumzeigers durch Informationen aus dem speisenden Pulswechselrichter ist bekannt. In [12] werden z. B. die Komponenten des Spannungsraumzeigers mit Hilfe eines Wechselrichtermodells aus den Wechselrichter-Schaltfunktionen und der gemessenen Zwischenkreisspannung gebildet.The simulation of the voltage space vector by information from the feeding pulse inverter is known. In [12] z. B. the components of the voltage space vector with the help of an inverter model from the Inverter switching functions and the measured DC link voltage educated.

Ein nicht dargestelltes Ausführungsbeispiel hierzu ist im folgenden geschildert. In diesem Ausführungsbeispiel ist als leistungselektronisches Stellglied (20) mit Steuereinrichtung (21) ein dreiphasiger, pulsweitenmodulierter Umrichter eingesetzt. Aus den Sollwerten uδ ,soll für die Deltaspannung uw der Asynchron­ maschine (14) sowie uu ,soll für die Thetaspannung uu der Asyn­ chronmaschine (14) sowie dem Referenzsignal für die Pulsweitenmodulation [3] werden nun die Signale uδ ,nb für die Deltaspannung uδ der Asynchronmaschine (14) sowie uu ,nb für die Thetaspannung uu der Asynchronmaschine (14) gebildet. Auf diese Weise kann bei dem soeben geschilderten Ausführungsbeispiel der Aufwand für eine Erfassung der Statorspannungen und deren anschließende Transformation in das Bezugskoordinatensystem eingespart werden. An exemplary embodiment, not shown, for this purpose is described below. In this exemplary embodiment, a three-phase, pulse-width-modulated converter is used as the power electronic actuator ( 20 ) with control device ( 21 ). From the setpoints u δ , for the delta voltage u w of the asynchronous machine ( 14 ) and u u , for the theta voltage u u of the asynchronous machine ( 14 ) and the reference signal for pulse width modulation [3], the signals u δ , nb for the delta voltage u δ of the asynchronous machine ( 14 ) and u u , nb for the theta voltage u u of the asynchronous machine ( 14 ). In this way, in the exemplary embodiment just described, the effort for detecting the stator voltages and their subsequent transformation into the reference coordinate system can be saved.

Einen Sonderfall der in Rede stehenden Ausbildungsform der vorliegenden Erfindung stellt das im folgenden beschriebene, zweite Ausührungsbeispiel hierzu dar. Hierbei wird der Sollwert uw ,soll für die Deltaspannung uδ der Asynchronmaschine direkt als Größe uδ ,nb verwendet und es wird der Sollwert uu ,soll für die Thetaspannung uu der Asynchronmaschine direkt als Größe uu ,nb verwendet.A special case of the embodiment of the present invention in question represents the second exemplary embodiment described below. Here, the setpoint u w , is used for the delta voltage u δ of the asynchronous machine directly as a quantity u δ , nb and the setpoint u u , is to be used directly for the theta voltage u u of the asynchronous machine as the quantity u u , nb .

Bereits zu Beginn der Beschreibung wurde erwähnt, daß die Nachbildung des Schlupfwinkels ε und des Magnetisierungsstroms im nur dann die realen Verhältnisse exakt wiedergibt, wenn die Rotorzeitkonstante TR der Maschine exakt bekannt ist. Von einer exakten Kenntnis dieser Zeitkonstante kann aber oftmals nicht ausgegangen werden. Es sind jedoch Methoden bekannt, über die Statorspannungen der Maschine zusätzliche Information über ε und im zu erhalten und diese dann zur Korrektur der Schlupfwinkel- und Magnetisierungsstrom-Nachbildung zu verweneden [10], [11] und [6] (bei [6] die Seiten 107 bis 117 und insbesondere Bild 4.28 auf Seiten 114). Alle diese Lösungen haben gemeinsam, daß aus den Raumzeigern der Statorspannungen und der Statorströme der Raumzeiger der durch den Rotorfluß im Stator induzierten Spannungen gebildet wird. Dieser Raumzeiger steht stets senkrecht zum Rotorflußverkettungsraumzeiger, sein Betrag ist proportional zur Statorkreisfrequenz ω₁ und zum Betrag des Rotorflußverkettungsraumzeigers.Already at the beginning of the description it was mentioned that the simulation of the slip angle ε and the magnetizing current i m only accurately reflects the real conditions if the rotor time constant T R of the machine is exactly known. However, an exact knowledge of this time constant can often not be assumed. However, methods are known for obtaining additional information about ε and i m about the stator voltages of the machine and then using this to correct the slip angle and magnetization current simulation [10], [11] and [6] (at [6] pages 107 to 117 and in particular Figure 4.28 on page 114). All these solutions have in common that the space pointers of the stator voltages and the stator currents form the space pointers of the voltages induced in the stator by the rotor flux. This space pointer is always perpendicular to the rotor flux linkage space pointer, its amount is proportional to the stator angular frequency ω₁ and the amount of the rotor flux linkage space pointer.

Der Hauptnachteil dieser Lösungen wird nachfolgend anhand eines Beispiels in dem vom Führungssystem (7) nachgebildeten, feldorientierten Koordinatensystem erläutert.The main disadvantage of these solutions is explained below using an example in the field-oriented coordinate system simulated by the guidance system ( 7 ).

Es gilt allgemein:The following generally applies:

undand

mitWith

ud,stat = RS · id - Lσ · ω₁ · iq + uid u d, stat = R S · i d - L σ · ω₁ · i q + u id

und mitand with

uq,stat = RS · iq + Lσ · ω₁ · id + uiq u q, stat = R S · i q + L σ · ω₁ · i d + u iq

Dabei sind uid und uiq die Komponenten des Raumzeigers der vom Rotorfluß im Stator induzierten Spannungen. Da eine Differentiation der Komponenten des Statorstromraumzeigers nicht praktikabel ist, werden bei der Nachbildung von uid und uiq die Terme, welche die zeitlichen Ableitungen von id und iq vernachlässigt und es wird vereinfachend angesetzt:Here u id and u iq are the components of the space vector of the voltages induced by the rotor flux in the stator. Since a differentiation of the components of the stator current space vector is not practicable, the terms which neglect the time derivatives of i d and i q are used in the simulation of u id and u iq and it is used in a simplified manner:

uid = ud -RS · id + Lσ · ω₁ · iq u id = u d -R S · i d + L σ · ω₁ · i q

undand

uiq = uq -RS · iq - Lσ · ω₁ · id u iq = u q -R S · i q - L σ · ω₁ · i d

Eine derartige Nachbildung von uid und uiq liegt den Verfahren nach [6] (siehe dort die Ausführungen auf Seite 113) sowie auch nach [10], [11] (siehe dort jeweils Fig. 2) mittelbar oder unmittelbar zugrunde. Dabei werden uid und uiq aber nur dann korrekt nachgebildet, wennSuch a simulation of u id and u iq is based directly or indirectly on the methods according to [6] (see the explanations there on page 113) and also according to [10], [11] (see there in each case FIG. 2). However, u id and u iq are only correctly reproduced if

tatsächlich gleich null sind, wenn sich also die Stromregelkreise jeweils im eingeschwungenen Zustand befinden.actually zero if the current control loops are in the steady state Condition.

Diese Einschränkung entfällt beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens vollständig, da dann grundsätzlich dynamisch hochwertige und stationär exakte Nachbildungen (uδ 0, uu 0) der Komponenten des Raumvektors der stationär benötigten Spannungen (uδ ,stat, uu ,stat) in dem bei der Erfindung zugrunde gelegten Bezugskoordinatensystem (δ, u) zur Verfügung stehen. This limitation is completely eliminated when using the method according to the invention, since then basically dynamically high-quality and stationary exact replicas (u δ 0 , u u 0 ) of the components of the space vector of the stationary voltages required (u δ , stat , u u , stat ) in the case of the reference coordinate system (δ, u) on which the invention is based.

Bei der nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschriebenen Ausbildungsform besteht die Einschränkung, daß es sich bei dem Bezugskoordinatensystem um ein orthogonales Koordinatensystem handeln muß. In dieser Ausbildungsform werden sowohl das Signal uδ 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Deltaspannung uδ als auch das Signal uu 0 für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigte Thetaspannung uu den zuge­ hörigen Eingängen des Führungssystems (7) zugeführt. Des weite­ ren werden in diesem Führungssystem (7) folgende vier Größen gebildet:In the embodiment described below with reference to Fig. 14, there is a limitation that the reference coordinate system must be an orthogonal coordinate system. In this embodiment, both the signal u δ 0 for the delta voltage u δ required in the electrically steady state and the signal u u 0 for the theta voltage required in the electrically steady state u u are fed to the associated inputs of the guide system ( 7 ). Furthermore, the following four sizes are formed in this guide system ( 7 ):

  • - Eine Größe uw ,R0, welche ein Maß für die im elektrisch ein­ geschwungenen Zustand am ohmschen Statorwiderstand RS der Asynchronmaschine (14) abfallende Deltaspannung uδ ,R,stat = RS · iδ darstellt.- A variable u w , R0 , which is a measure of the delta voltage u δ , R, stat = R S · i δ which drops in the electrically curved state at the ohmic stator resistance R S of the asynchronous machine ( 14 ).
  • - Eine Größe uu ,R0, welche ein Maß für die im elektrisch ein­ geschwungenen Zustand am ohmschen Statorwiderstand RS der Asynchronmaschine (14) abfallende Thetaspannung uu ,R,stat = RS · iu darstellt.- A variable u u , R0 , which is a measure of the theta voltage u u , R, stat = R S · i u that drops in the electrically curved state at the ohmic stator resistance R S of the asynchronous machine ( 14 ).
  • - Eine Größe uw ,L σ 0, welche ein Maß für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand an der subtransienten Induktivität Lσ der Asynchronmaschine (14) abfallende Deltaspannung uδ ,L σ ,stat = -Lσ · ωS · iu darstellt.- A variable u w , L σ 0 , which is a measure of the delta voltage u δ , L σ , stat = -L σ · ω S · i u which drops at the subtransient inductance L σ of the asynchronous machine ( 14 ) in the electrically steady state .
  • - Eine Größe uu ,L σ 0, welche ein Maß für die im elektrisch eingeschwungenen Zustand an der subtransienten Induktivität Lσ der Asynchronmaschine (14) abfallende Thetaspannung uu ,L σ ,stat = Lσ · ωS · iδ darstellt.- A quantity u u , L σ 0 , which is a measure of the theta voltage u u , L σ , stat = L σ · ω S · i δ that drops at the subtransient inductance L σ of the asynchronous machine ( 14 ) in the electrically steady state.

Nun werden im Führungssystem (7) eine Größe uiδ gemäß der Gleichung uiδ = uδ 0 - uδ ,R0 - uδ ,L s 0 sowie eine Größe uiu gemäß der Gleichung uiu = uu 0 - uu ,R0 - uu ,L s 0 gebildet. Die Größe uiδ wird im folgenden als induzierte Deltaspannung uiδ der Asynchronmaschine (14), die Größe uiu als induzierte Theta­ spannung uiu der Asynchronmaschine (14) bezeichnet. Diese Grö­ ßen uiδ und uiu werden nun im Führungssystem (7) zur Stützung des in demselben stets vorhandenen Flußmodells [1] der Asyn­ chronmaschine (14) herangezogen.Now, in the guide system (7) has a size ui δ according to the equation u δ = u δ 0 - u δ, R0 - u δ, L s 0 and a size ui u according to the equation u u = u u 0 - u u, R0 - u u , L s 0 formed. The size ui δ is referred to below as the induced delta voltage ui δ of the asynchronous machine ( 14 ), the size ui u as the induced theta voltage ui u of the asynchronous machine ( 14 ). These sizes ui δ and ui u are now used in the guide system ( 7 ) to support the flow model [1] of the asynchronous machine ( 14 ) which is always present in the same.

Hierbei können im Führungssystem (7) die Größen uδ ,R0, uu ,R0, uw ,L σ 0 sowie uu ,L σ 0 wie folgt aus den Sollwerten des Deltastroms und des Thetastroms gebildet werden:In the guide system ( 7 ), the quantities u δ , R0 , u u , R0 , u w , L σ 0 and u u , L σ 0 can be formed as follows from the target values of the delta current and the theta current:

  • - uδ ,R0 = RS · iδ ,soll,- u δ , R0 = R S · i δ , should ,
  • - uu ,R0 = RS · iu ,soll,- u u , R0 = R S · i u , should ,
  • - uδ ,L σ 0 = -Lσ · ω · iu ,soll sowie- u δ , L σ 0 = -L σ · ω · i u , and as well
  • - uu ,L σ 0 = Lσ · ω · iδ ,soll.- u u , L σ 0 = L σ · ω · i δ , should .

Selbstverständlich können hier anstelle der Sollwerte von Deltastrom und Thetastrom auch deren Istwerte oder auch die Ausgangsgrößen iδ ,b und iu ,b der beiden Integrierer (8, 10) verwendet werden.Of course, instead of the target values of delta current and theta current, their actual values or also the output variables i δ , b and i u , b of the two integrators ( 8, 10 ) can be used.

Die besonderen Merkmale einer Weiterbildung der Ausbildungsform gemäß Fig. 14 zeigt Fig. 15. In dieser Ausbildungsform wird das vom Führungssystem (7) angenommene feldorientierte Koordi­ natensystem als Bezugskoordinatensystem verwendet. Die Achse δ ist also hier identisch mit der Längsachse d, die Achse u identisch mit der Querachse q des vom Führungssystem (7) angenommenen, feldorientierten Koordinatensystems. Der Sollwert iδ ,soll für den Deltastrom iδ der Asynchronmaschine (14) wird im Führungssystem (7) zunächst dem Eingang eines Verzögerungsglieds erster Ordnung mit dem Proportionalverstärkungsfaktor 1 und der Verzögerungszeitkonstante TR δ ,FS (30) zugeführt. Dabei handelt es sich bei der Größe TR w ,FS um die vom Führungssystem (7) momentan angenommene, in Richtung der Längsachse δ des Bezugskoordinatensystems wirksame Rotorzeitkonstante der Asynchronmaschine (14). Die Größe TR δ ,FS ist zeitlich variabel. Die Ausgangsgröße im,FS dieses Verzögerungsgliedes 1. Ordnung (30) wird im folgenden als der vom Führungssystem (7) zunächst angenommene Magnetisierungsstrom im,FS der Asynchronmaschine (14) bezeichnet. Nun wird eine Größe ωR,FS gemäß der GleichungThe special features of a development of the embodiment of FIG. 14, FIG. 15. In this embodiment, the shape adopted by the guide system (7) field-oriented Koordi natensystem used as a reference coordinate system. The axis δ is thus identical to the longitudinal axis d, the axis u identical to the transverse axis q of the field-oriented coordinate system adopted by the guide system ( 7 ). The setpoint i δ , target for the delta current i δ of the asynchronous machine ( 14 ) is first fed in the control system ( 7 ) to the input of a delay element of the first order with the proportional gain factor 1 and the delay time constant T R δ , FS ( 30 ). The size T R w , FS is the rotor time constant of the asynchronous machine ( 14 ) currently assumed by the guidance system ( 7 ) and effective in the direction of the longitudinal axis δ of the reference coordinate system. The size T R δ , FS is variable over time. The output variable i m, FS of this 1st order delay element ( 30 ) is referred to below as the magnetization current i m, FS of the asynchronous machine ( 14 ) initially assumed by the control system ( 7 ). Now a quantity ω R, FS according to the equation

gebildet. Bei dieser Größe handelt es sich um die vom Führungs­ system (7) zunächst angenommene Winkelgeschwindigkeit des Ro­ torflußraumzeigers der Asynchronmaschine (14) gegenüber einem rotororientierten Koordinatensystem, wobei mit TR u ,FS die vom Führungssystem (7) angenommene, in Richtung der Querachse u des Bezugskoordinatensystems wirksame Rotorzeitkonstante bezeichnet wird. Des weiteren wird nun die Differenz ωR = ωR,FS - ωR,korr zwischen der Größe ωR,FS und einer Größe ωR,korr gebildet.educated. This size is the angular velocity of the rotor flux space pointer of the asynchronous machine ( 14 ) initially assumed by the guiding system ( 7 ) compared to a rotor-oriented coordinate system, with T R u , FS being adopted by the guiding system ( 7 ) in the direction of the transverse axis u effective rotor time constant of the reference coordinate system. Furthermore, the difference ω R = ω R, FS - ω R, corr is formed between the quantity ω R, FS and a quantity ω R, corr .

Diese Größe ωR findet als Winkelgeschwindigkeit des Rotorfluß­ raumzeigers der Asynchronmaschine (14) gegenüber einem rotor­ orientierten Koordinatensystem im Führungssystem (7) weitere Verwendung. Die Bildung der Größe ωR,korr erfolgt in Abhängig­ keit von einer Boole′schen Variable Kritω, welche im folgenden als Stützkriterium Kritω für den Bezugswinkel ϕ bezeichnet wird. Weist dieses Stützkriterium Kritω den Wert logisch 1 auf, so erfolgt die Bildung von ωR,korr gemäß der GleichungThis variable ω R is used as the angular velocity of the rotor flux space vector of the asynchronous machine ( 14 ) compared to a rotor-oriented coordinate system in the guide system ( 7 ). The formation of the quantity ω R, corr occurs depending on a Boolean variable Crit ω , which is referred to below as the supporting criterion Crit ω for the reference angle ϕ. If this support criterion Crit ω has the value logic 1, then ω R, corr is formed according to the equation

Ist hingegen Kritω gleich 0, so weist die Größe ωR,korr den konstanten Wert 0 auf.If, on the other hand, Krit ω is equal to 0, then the quantity ω R, corr has the constant value 0.

Die maßgeblichen Kennzeichen einer weiteren Ausbildungsform zeigt Fig. 16. In dieser Ausbildungsform wird im Führungssystem (7) von einem Magnetisierungszustandsnachbildner (31) und von einem Magnetisierungszustandsregler (32) Gebrauch gemacht. Der Magnetisierungszustandsnachbildner gibt an seinem Ausgang die vom Führungssystem (7) nachgebildete Rotorflußverkettung Ψn aus. Diese Größe Ψn sowie eine Größe Ψsoll, welche den Sollwert des Magnetisierungszustands der Asynchronmaschine (14) kennzeichnet werden den zugehörigen Eingängen des Magnetisierungszustandsreglers (32) zugeführt. Dieser gibt an seinem Ausgang den Sollwert iδ ,soll für den Deltastrom der Asynchronmaschine (14) aus. Die Funktionsweise des Magnetisierungszustandsnachbildners (31) unterscheidet sich in Abhängigkeit von einer Boole′schen Variable Kritm. Diese wird im folgenden als Stützkriterium Kritm für den Magnetisierungszustand der Asynchronmaschine (14) bezeichnet. Weist dieses Stützkriterium Kritm den Wert logisch eins auf, so werden dem Magnetisierungszustandsnachbildner (31) an seinen zugehörigen Eingängen eine Größe ui sowie die Größe ωS zugeführt und die Bildung von dessen Ausgangsgröße Ψn erfolgt gemäß der GleichungThe decisive characteristics of a further form of training are shown in FIG. 16. In this form of training, use is made in the guidance system ( 7 ) of a magnetization state replica ( 31 ) and of a magnetization state controller ( 32 ). The magnetization state emulator outputs the rotor flux linkage Ψ n simulated by the guide system ( 7 ) at its output. This size Ψ n and Ψ size to which are denotes the target value of the magnetization state of the asynchronous machine (14) fed to the corresponding inputs of the magnetization state regulator (32). At its output, this outputs the target value i δ , target for the delta current of the asynchronous machine ( 14 ). The functioning of the magnetization state emulator ( 31 ) differs depending on a Boolean variable Crit m . This is referred to below as the support criterion Crit m for the magnetization state of the asynchronous machine ( 14 ). If this support criterion Crit m has the value logically one, the magnetization state emulator ( 31 ) is supplied with a quantity u i and the quantity ω S at its associated inputs, and its output quantity Ψ n is formed in accordance with the equation

Dabei gehorcht die Größe ui der Beziehung:The size u i obeys the relationship:

Weist das Stützkriterium Kritm hingegen den Wert 0 auf, so wird dem Magnetisierungszustandsnachbildner (31) an seinem zugehö­ rigen Eingang der Sollwert iδ ,soll für den Deltastrom iδ der Asynchronmaschine (14) zugeführt und die Bildung der Ausgangs­ größe Ψn des Magnetisierungszustandsnachbildners erfolgt in demselben lediglich aufgrund des im Führungssystem (7) vorhan­ denen Flußmodells der Asynchronmaschine (14) aus dem zeitlichen Verlauf des Sollwerts iw ,soll für den Deltastrom iδ der Asyn­ chronmaschine (14).On the other hand, if the support criterion Crit m has the value 0, the magnetization state replica ( 31 ) is supplied with the setpoint i δ at its associated input , should be supplied to the asynchronous machine ( 14 ) for the delta current i δ and the formation of the output variable Ψ n of the magnetization state replica is carried out in the same only because of the guide system (7) which EXISTING flux model of the asynchronous machine (14) from the time profile of the desired value w i, is intended for the delta current i δ of Asyn chronmaschine (14).

In einem ersten Ausführungsbeispiel hierzu wird als Größe ui die induzierte Thetaspannung uiu der Asynchronmaschine (14) verwendet.In a first exemplary embodiment, the induced theta voltage ui u of the asynchronous machine ( 14 ) is used as the quantity u i .

Ein zweites Ausführungsbeispiel hierzu entsteht aus dem ersten, wenn im Falle Kritm=1 dem Magnetisierungszustandsnachbildner (31) anstelle der induzierten Thetaspannung uiu die sogenannte induzierte Hauptfeldspannung uih der Asynchronmaschine (14) als Größe ui zugeführt wird. Diese induzierte Hauptfeldspannung uih der Asynchronmaschine (14) ergibt sich aus deren induzierter Delta- und Thetaspannung uiδ sowie uiu gemäß der GleichungA second embodiment of this arises from the first when in the case of m = 1 Crit the Magnetisierungszustandsnachbildner (31) in place of the induced Thetaspannung ui u is the so-called main field induced voltage of the induction machine ui u i h is supplied as a size (14). This induced main field voltage ui h of the asynchronous machine ( 14 ) results from its induced delta and theta voltage ui δ and ui u according to the equation

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Funktionen der beiden Integrierer (8, 10), deren Integrationszeitkonstante jeweils der subtrasienten Induktivität Lσ entspricht, des Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Gδ (9), des Proportionalverstärkers mit dem Verstärkungsfaktor Gu (11), des Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tδ (12), des Integrierers mit der Integrationszeitkonstante Tu (13), des ersten Koordinatenwandlers (15), des zweiten Koordinatenwandlers (16), des Deltastromreglers (17), des Thetastromreglers (18), des Sollwert-Koordinatenwandlers (19), des leistungselektronischen Stellglieds (20) mit zugehöriger Steuereinrichtung (21) und des Führungssystems (7) gerätetechnisch ganz oder teilweise zusammengefaßt werden können.Finally, it should be noted that the functions of the two integrators ( 8, 10 ), whose integration time constant corresponds to the subtrasient inductance L σ , of the proportional amplifier with the gain factor G δ ( 9 ), of the proportional amplifier with the gain factor G u ( 11 ), des Integrator with the integration time constant T δ ( 12 ), the integrator with the integration time constant T u ( 13 ), the first coordinate converter ( 15 ), the second coordinate converter ( 16 ), the delta current controller ( 17 ), the theta current controller ( 18 ), the setpoint Coordinate converter ( 19 ), the power electronic actuator ( 20 ) with associated control device ( 21 ) and the guide system ( 7 ) can be combined in whole or in part in terms of device technology.

Literaturliterature

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Claims (25)

1. Verfahren zur feldorientierten Regelung von Asynchronmaschinen, wobei in einem rotierenden Bezugskoordinatensystem (δ, u)
  • a) die Statorspannungen und Statorströme erfaßt, und die Komponenten der entsprechenden Vektoren gebildet werden, und
  • b) die Komponenten des im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigten, stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) aus den Komponenten des erfaßten Stromvektors (iδ, iu) und Spannungsvektors (uδ, uu) ermittelt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
  • c1) daß die Differenzen zwischen den Komponenten des erfaßten Spannungsvektors (uδ, uu) und den Komponenten eines Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) gebildet, und
  • c2) mit einer Integrationszeitkonstante, die der subtransienten Induktivität (iσ) entspricht, zu der jeweiligen Komponente des nachgebildeten Stromvektors (iδ b, iu b) aufintegriert werden, und
  • d1) daß die Differenzen zwischen den Komponenten des erfaßten und des nachgebildeten Stromvektors gebildet und dem Eingang von Reglern (9, 11-13) zugeführt werden, welche an ihren Ausgängen die Komponenten des Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) ausgeben, und
  • d2) daß die Komponenten des Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) als die jeweiligen Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) verwendet werden.
1. Method for field-oriented control of asynchronous machines, whereby in a rotating reference coordinate system (δ, u)
  • a) the stator voltages and stator currents are detected, and the components of the corresponding vectors are formed, and
  • b) the components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) required in the electrically steady state are determined from the components of the detected current vector (i δ , i u ) and voltage vector (u δ , u u ),
    characterized,
  • c1) that the differences between the components of the detected voltage vector (u δ , u u ) and the components of a correction signal vector (u δ , b , u u , b ) are formed, and
  • c2) with an integration time constant, which corresponds to the subtransient inductance (i σ ), to be integrated into the respective component of the simulated current vector (i δ b , i u b ), and
  • d1) that the differences between the components of the detected and the simulated current vector are formed and fed to the input of controllers ( 9, 11-13 ) which output the components of the correction signal vector (u δ , b , u u , b ) at their outputs , and
  • d2) that the components of the correction signal vector (u δ , b , u u , b ) are used as the respective components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler P-Regler verwendet werden. (Fig. 5)2. The method according to claim 1, characterized in that P controllers are used as controllers. ( Fig. 5) 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler PI-Regler verwendet werden. (Fig. 6)3. The method according to claim 1, characterized in that PI controllers are used as controllers. ( Fig. 6) 4. Abänderung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Komponenten des Korrektursignalvektors (uw ,b, uu ,b) die Ausgangssignale (uδ ,bI, uu ,bI) der in den PI-Reglern enthaltenen Integratoren (12, 13) als Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) verwendet werden (Fig. 7).4. Modification of the method according to claim 3, characterized in that instead of the components of the correction signal vector (u w , b , u u , b ) the output signals (u δ , bI , u u , bI ) of the integrators contained in the PI controllers ( 12, 13 ) can be used as components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) ( Fig. 7). 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem rotierenden Bezugskoordinatensystem (δ, u) um ein feldorientiertes Koordinatensystem handelt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized featured, that it is the rotating reference coordinate system (δ, u) around a field-oriented coordinate system acts. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem rotierenden Bezugskoordinatensystem (δ, u) um ein rotororientiertes Koordinatensystem handelt. 6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized featured, that it is the rotating reference coordinate system (δ, u) around a rotor-oriented coordinate system acts.   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des Stromvektors im Bezugskoordinatensystem geregelt werden und zu den Komponenten des Ausgangssignalvektors (uδ ,korr, uu ,korr) der Stromregler (17, 18) die Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) hinzuaddiert werden, wodurch die Komponenten des Sollwertvektors (uδ ,soll, uu ,soll) der Statorspannungen entstehen (Fig. 10).7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the components of the current vector are regulated in the reference coordinate system and the components of the output signal vector (u δ , corr , u u , corr ) of the current regulator ( 17, 18 ), the components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) are added, whereby the components of the setpoint vector (u δ , should , u u , should ) of the stator voltages arise ( FIG. 10). 8. Verfahren nach Anspruch 7 sowie nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromregelung statt des gemessenen Stromvektors (iw, iu) der nachgebildete Stromvektor (iδ b, iu b) als Ist-Stromvektor (iδ ist, iu ist) verwendet wird. 8. The method according to claim 7 and according to one of claims 3 or 4, characterized in that for current control instead of the measured current vector (i w , i u ) the simulated current vector (i δ b , i u b ) as the actual current vector (i δ ist , i u ist ) is used. 9. Abänderung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein pulsweitenmodulierter Umrichter als leistungselektronisches Stellglied durch die Komponenten des Sollvektors der Statorspannung (uδ ,soll, uu ,soll) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß aus den Komponenten des Sollvektors für die Statorspannung (uw ,soll, uu ,soll) die Komponenten eines Spannungsvektors (uδ ,nb, uu ,nb) gebildet werden,
  • b) daß die Differenzen zwischen den Komponenten des gebildeten Spannungsvektors (uδ ,nb, uu ,nb) und den Komponenten des Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) gebildet, und
  • c) mit einer Integrationszeitkonstante, welche der subtransienten Induktivität (Lσ) entspricht zu der jeweiligen Komponente des nachgebildeten Stromvektors (iδ ,b, iu ,b) aufintegriert werden.
9. Modification of the method according to one of the preceding claims, in which a pulse-width-modulated converter is actuated as a power electronic actuator by the components of the set vector of the stator voltage (u δ , set , u u , set ), characterized in that
  • a) that, to the components of the target vector for the stator voltage (u w, u u, soll) the components of a voltage vector (u δ, nb, u u, are formed nb),
  • b) that the differences between the components of the voltage vector formed (u δ , nb , u u , nb ) and the components of the correction signal vector (u δ , b , u u , b ) are formed, and
  • c) with an integration time constant which corresponds to the subtransient inductance (L σ ) to the respective component of the simulated current vector (i δ , b , i u , b ).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten des Vektors für die induzierte Spannung (Uiδ, Uiu) aus den Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) durch Subtraktion der Spannungsabfälle an der Streuinduktivität (uδ L σ 0, uu L σ 0) und dem Ständerwiderstand (uδ R0, uu R0) ermittelt werden, wobei die Spannungsabfälle aus den von einem Führungssystem (7) ausgegebenen Komponenten des Sollstromvektors (iδ soll, iu soll) oder aus den Komponenten des gemessenen Stromvektors (iδ, iu) oder aus den Komponenten des nachgebildeten Stromvektors (iδ ,b, iu ,b) sowie den Parameterwerten für die Streuinduktivität und den Ständerwiderstand berechnet werden (Fig. 14).10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the components of the vector for the induced voltage (Ui δ , Ui u ) from the components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) by subtracting the voltage drops at the leakage inductance (u δ L σ 0, u u L σ 0) and the stator resistance (u δ R0, u u R0) are determined, the voltage drops from the output of a guide system (7) components to the desired current vector (i δ, i u should ) or from the components of the measured current vector (i δ , i u ) or from the components of the simulated current vector (i δ , b , i u , b ) and the parameter values for the leakage inductance and the stator resistance ( FIG. 14) . 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Bezugskoordinatensystem ein vom Führungssystem ausgegebenes feldorientiertes Koordinatensystem ist, dessen Winkelgeschwindigkeit durch Addition der gemessenen Läufergeschwindigkeit und einer Schlupfgeschwindigkeit bestimmt wird, wobei die Schlupfgeschwindigkeit wie folgt ermittelt wird:
  • a) Die feldbildende Komponente des Sollstromvektors (iδ ,soll) wird mit der in Längsrichtung wirksamen Läuferzeitkonstante (Tr δ) verzögert und danach mit der in Querrichtung wirksamen Läuferzeitkonstante (Tr u) multipliziert,
  • b) die drehmomentbildende Komponente des Sollstromvektors (iu soll) wird durch das erhaltene Produkt dividiert, und ergibt die unkorrigierte Schlupfgeschwindigkeit (ωR,FS),
  • c) eine Korrekturgröße für die Schlupfgeschwindigkeit (ωR,korr) wird durch Division der mit einem Faktor Kω<0 gewichteten feldsenkrechten Komponente (ui δ) durch die feldparallele Komponente (ui u) des induzierten Spannungsvektors gebildet und von der unkorrigierten Schlupffrequenz (ωR,Fs) subtrahiert,
  • d) die Korrrekturgröße (ωR,korr) wird auf Null gesetzt, wenn ein binäres Stützkriterium (kritw) den logischen Wert Null aufweist. (Fig. 15)
11. The method according to claim 10, characterized in that the rotating reference coordinate system is a field-oriented coordinate system output by the guidance system, the angular velocity of which is determined by adding the measured rotor speed and a slip speed, the slip speed being determined as follows:
  • a) The field-forming component of the target current vector (i δ , soll ) is delayed by the rotor time constant (T r δ ) effective in the longitudinal direction and then multiplied by the rotor time constant (T r u ) effective in the transverse direction,
  • b) the torque-forming component of the target current vector (i u soll ) is divided by the product obtained, and gives the uncorrected slip speed (ω R, FS ),
  • c) A correction variable for the slip speed (ω R, corr ) is formed by dividing the component (u i δ ) weighted by a factor K ω <0 by the field-parallel component (u i u ) of the induced voltage vector and by the uncorrected slip frequency (ω R, Fs ) subtracted,
  • d) the correction quantity (ω R, corr ) is set to zero if a binary support criterion (crit w ) has the logical value zero. ( Fig. 15)
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß das rotierende Bezugskoordinatensystem ein vom Führungssystem (7) ausgegebenes, feldorientiertes Koordinatensystem ist, und
  • b) daß der Betrag des induzierten Spannungsvektors (ui δ, ui u) durch die Winkelgeschwindigkeit (ωs) des feldorientierten Systems dividiert wird, und der Quotient als Flußverkettungsistwert (Ψn), insbesondere für die Flußregelung, verwendet wird, und
  • c) daß anstelle des Betrags des induzierten Spannungsvektors (uiδ, uiu) auch dessen feldsenkrechte Komponente (uiu) als Zähler des in b) eingeführten Quotienten verwendet werden kann.
12. The method according to any one of claims 10 or 11, characterized in that
  • a) that the rotating reference coordinate system is a field-oriented coordinate system output by the guide system ( 7 ), and
  • b) the amount of the induced voltage vector (u i δ , u i u ) is divided by the angular velocity (ω s ) of the field-oriented system, and the quotient is used as the actual flow chaining value (Ψ n ), in particular for flow control, and
  • c) that instead of the amount of the induced voltage vector (ui δ , ui u ), its component perpendicular to the field (ui u ) can also be used as a counter of the quotient introduced in b).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußverkettungsistwert (Ψn) durch ein Modell mit der magnetischen Sollstromkomponente (iδ soll) als Eingangsgröße nachgebildet wird, wenn ein binäres Stützkriterium (kritm) den logischen Wert Null aufweist (Fig. 16). 13. The method according to claim 12, characterized in that the Flußverkettungsistwert (Ψ n) is a model with the magnetic target current component (i δ soll) modeled as an input variable, when a binary support criterion (crit m) the logical value zero (FIG. 16). 14. Vorrichtung zur feldorientierten Regelung von Asynchronmaschinen
  • a1) mit Meßeinrichtungen für die Statorströme und Statorspannungen,
  • a2) mit Koordinatenwandlern (KW1, KW2), die daraus die Komponenten von entsprechend erfaßten Vektoren in einem rotierenden Bezugskoordinatensystem (δ, u) bilden,
  • b) mit einer Modellschaltung, die aus den Komponenten des erfaßten Spannungsvektors (uδ, uu) und des erfaßten Stromvektors (iδ, iu) die Komponenten des im elektrisch eingeschwungenen Zustand benötigten, stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) ermittelt,
14. Device for field-oriented control of asynchronous machines
  • a1) with measuring devices for the stator currents and stator voltages,
  • a2) with coordinate converters (KW1, KW2), which form the components of correspondingly detected vectors in a rotating reference coordinate system (δ, u),
  • b) with a model circuit which, from the components of the detected voltage vector (u δ , u u ) and the detected current vector (i δ , i u ), the components of the stationary voltage vector required in the steady state (u δ 0 , u u 0 ) determined
dadurch gekennzeichnet, daß die Modellschaltung aufweist:
  • c) Integrierer (8, 10) mit einer Integrationszeitkonstante, welche der subtransienten Induktivität entspricht, denen die Differenzen zwischen den Komponenten des erfaßten Spannungsvektors (uδ, uu) und eines Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) zugeführt werden und deren Ausgangssignale die Komponenten eines nachgebildeten Stromvektors (iδ ,b, iu ,b) darstellen, und
  • d) Regler (9, 11-13), denen die Differenzen zwischen den Komponenten des erfaßten (iδ, iu) und des nachgebildeten Stromvektors (iδ ,b, iu ,b) zugeführt werden und die an ihren Ausgängen die jeweiligen Komponenten des Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) ausgeben, welche dann als Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) verwendet werden.
characterized in that the model circuit has:
  • c) integrator ( 8, 10 ) with an integration time constant which corresponds to the subtransient inductance to which the differences between the components of the detected voltage vector (u δ , u u ) and a correction signal vector (u δ , b , u u , b ) are supplied and whose output signals represent the components of a simulated current vector (i δ , b , i u , b ), and
  • d) Controllers ( 9, 11-13 ), to which the differences between the components of the detected (i δ , i u ) and the simulated current vector (i δ , b , i u , b ) are supplied and the respective ones at their outputs Output components of the correction signal vector (u δ , b , u u , b ), which are then used as components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ).
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler P-Regler verwendet werden (Fig. 5).15. The apparatus according to claim 14, characterized in that P controllers are used as controllers ( Fig. 5). 16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß als Regler PI-Regler verwendet werden (Fig. 6).16. The apparatus according to claim 14, characterized in that PI controllers are used as controllers ( Fig. 6). 17. Abänderung der Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Komponenten des Korrektursignalvektors (uw ,b, uu ,b) die Ausgangssignale (uδ ,bI, uu ,bI) der in den PI-Reglern enthaltenen Integratoren (12, 13) als Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) verwendet werden (Fig. 7).17. Modification of the device according to claim 16, characterized in that instead of the components of the correction signal vector (u w , b , u u , b ) the output signals (u δ , bI , u u , bI ) of the integrators contained in the PI controllers ( 12, 13 ) can be used as components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) ( Fig. 7). 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13-17, gekennzeichnet durch, Stromregler (17, 18), welche die Komponenten des Stromvektors im Bezugskoordinatensystem regeln werden und zu deren Ausgangssignalen (uδ ,korr, uu ,korr) die Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) hinzuaddiert werden, wodurch die Komponenten des Sollwertvektors (uδ ,soll, uu ,soll) der Statorspannungen entstehen (Fig. 10).18. Device according to one of claims 13-17, characterized by, current regulator ( 17, 18 ), which will regulate the components of the current vector in the reference coordinate system and for their output signals (u δ , corr , u u , corr ) the components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ) are added, whereby the components of the setpoint vector (u δ , should , u u , should ) of the stator voltages arise ( FIG. 10). 19. Vorrichtung nach Anspruch 18 sowie nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stromregelung statt des gemessenen Stromvektors (iδ, iu) der nachgebildete Stromvektor (iδ b, iu b) als Ist-Stromvektor (iδ ist, iu ist) verwendet wird.19. The apparatus of claim 18 and according to one of claims 16 or 17, characterized in that for the current control instead of the measured current vector (i δ , i u ), the simulated current vector (i δ b , i u b ) as the actual current vector (i δ ist , i u ist ) is used. 20. Abänderung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-19, mit einem pulsweitenmodulierten Umrichter als leistungselektronisches Stellglied, der durch die Komponenten des Sollvektors der Statorspannung (uδ ,soll, uu ,soll) angesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) aus den Komponenten (uδ ,soll, uu ,soll) des Sollvektors für die Statorspannung die Komponenten (uδ ,nb, uu ,nb) eines Spannungsvektors gebildet werden,
  • b) daß den Integrierern (8, 10) die Differenzen zwischen die Komponente des nachgebildeten Spannungsvektors (uδ ,nb, uu ,nb) und den Komponenten des Korrektursignalvektors (uδ ,b, uu ,b) zugeführt werden.
20. Modification of the device according to one of claims 14-19, with a pulse-width modulated converter as a power electronic actuator which is controlled by the components of the target vector of the stator voltage (u δ , should , u u , should ), characterized in that
  • a) components (u δ , nb , u u , nb ) of a voltage vector are formed from the components (u δ , should , u u , should ) of the target vector for the stator voltage,
  • b) that the integrators ( 8, 10 ) are supplied with the differences between the component of the simulated voltage vector (u δ , nb , u u , nb ) and the components of the correction signal vector (u δ , b , u u , b ).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14-20, gekennzeichnet durch Subtrahierglieder, die von den Komponenten des stationären Spannungsvektors (uδ 0, uu 0) die Spannungsabfälle an dem Ständerwiderstand (uδ ,R0, uu ,R0) und Streuinduktivität (uδ L σ 0, uu L σ 0) subtrahieren, wobei die Spannungsabfälle aus den von einem Führungssystem (7) ausgegebenen Komponenten des Sollstromvektors (uδ soll, uu soll) oder aus den Komponenten des gemessenen Stromvektors (iw, iu) oder aus den Komponenten des nachgebildeten Stromvektors (iδ ,b, iu ,b) sowie den Parameterwerten für die Streuinduktivität und den Ständerwiderstand berechnet werden (Fig. 14).21. Device according to one of claims 14-20, characterized by subtracting elements, the components of the stationary voltage vector (u δ 0 , u u 0 ), the voltage drops across the stator resistance (u δ , R0 , u u , R0 ) and leakage inductance ( u δ L σ 0, u u L σ 0), subtract the voltage drops from the output of a guide system (7) components to the setpoint current vector (u δ, u u soll) or for the components of the measured current vector (i w, i u ) or from the components of the simulated current vector (i δ , b , i u , b ) and the parameter values for the leakage inductance and the stator resistance ( FIG. 14). 22. Vorrichtung nach Anspruch 21,
  • a) wobei als Bezugskoordinatensystem (δ, u) ein vom Führungssystem (7) ausgegebenes, feldorientiertes Koordinatensystem verwendet wird,
    gekennzeichnet durch
  • b) ein Verzögerungsglied (30) erster Ordnung mit einer der in Längsrichtung wirksamen Rotorzeitkonstante entsprechenden Zeitkonstante, dem die feldbildende Komponente des Sollstromvektors (iδ ,soll) zugeführt wird und einem dem Verzögerungsglied (30) nachgeschalteten Proportionalverstärker mit einem der in Querrichtung wirksamen Rotorzeitkonstante entsprechenden Verstärkungsfaktor,
  • c) mit einem Dividierer, dem die drehmomentbildende Komponente des Sollstromvektors (iu soll) als Divisor und der Ausgang des Proportionalverstärkers als Dividend zugeführt wird, wobei der Ausgang des Divisors die unkorrigierte Schlupfgeschwindigkeit (ωR,FS) dargestellt,
  • d) mit einem weiteren Dividierer, dem die mit einem Faktor Kω<0 gewichtete feldparallele Komponente (uiδ) des induzierten Spannungsvektors als Dividend und die feldsenkrechte Komponente (uiu) des induzierten Spannungsvektors als Divisor zugeführt wird, wobei seine Ausgangsgröße einen Korrekturwert (ωR,korr) für die Schlupfgeschwindigkeit darstellt,
  • e) mit einem Subtrahierer, der die Korrekturgröße (ωR,korr) von der unkorrigierten Schlupfgeschwindigkeit (ωR,FS) subtrahiert und so die Schlupfgeschwindigkeit (ωR) nachbildet,
  • f) mit einem Schalter in der Ausgangsleitung des weiteren Dividierers, der den Korrekturwert (ωR,korr) auf die Größe Null umschaltet, wenn ein binäres Stützkriterium (kritω) den logischen Wert Null aufweist (Fig. 15).
22. The apparatus according to claim 21,
  • a) a field-oriented coordinate system output by the guidance system ( 7 ) being used as the reference coordinate system (δ, u),
    marked by
  • b) a delay element (30) of the first order with one of the active in the longitudinal direction of the rotor time constant corresponding time constant, the field-forming component of the desired current vector (i δ,) is to be supplied to corresponding one of the delay element (30) downstream proportional amplifier with one of the active in the transverse direction of the rotor time constant Gain factor,
  • c) with a divider to which the torque-forming component of the target current vector (i u soll ) is supplied as a divisor and the output of the proportional amplifier as a dividend, the output of the divisor representing the uncorrected slip speed (ω R, FS ),
  • d) with a further divider to which the field-parallel component (ui δ ) of the induced voltage vector weighted by a factor K ω <0 and the field-perpendicular component (ui u ) of the induced voltage vector as a divisor is supplied, its output quantity being a correction value ( ω R, corr ) represents the slip speed,
  • e) with a subtractor which subtracts the correction variable (ω R, corr ) from the uncorrected slip speed (ω R, FS ) and thus simulates the slip speed (ω R ),
  • f) with a switch in the output line of the further divider, which switches the correction value (ω R, corr ) to zero if a binary support criterion (crit ω ) has the logical value zero ( FIG. 15).
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 oder 22,
  • a) wobei als Bezugskoordinatensystem (δ, u) ein vom Führungssystem (7) ausgegebenes, feldorientiertes Koordinatensystem verwendet wird,
    gekennzeichnet durch
  • b) einen Dividierer, dem der Betrag (ui) des induzierten Spannungsvektors als Dividend und die Winkelgeschwindigkeit (ωs) des feldorientierten Koordinatensystems als Divisor zugeführt wird, wobei dessen Ausgang als Flußverkettungsistwert (Ψn) insbes. für die Flußregelung (32), verwendet wird, wobei dem Dividierer anstelle des Betrags ui auch lediglich die feldsenkrechte Komponente (uiu) des Vektors der induzierten Spannungen zugeführt werden darf (Fig. 16).
23. The device according to one of claims 21 or 22,
  • a) a field-oriented coordinate system output by the guidance system ( 7 ) being used as the reference coordinate system (δ, u),
    marked by
  • b) a divider to which the amount (u i ) of the induced voltage vector as a dividend and the angular velocity (ω s ) of the field-oriented coordinate system as a divisor is supplied, the output of which as the actual flow chaining value (Ψ n ), in particular for the flow control ( 32 ), is used, whereby instead of the amount u i , only the component perpendicular to the field (ui u ) of the vector of the induced voltages may be supplied ( FIG. 16).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch ein Modell mit der magnetisierenden Komponente (iδ soll) des Sollstromvektors als Eingangsgröße, das den Flußverkettungsistwert (Ψn) nachbildet, und durch einen Schalter, der den Flußistwert von dem Dividierer auf das Modell umschaltet, wenn ein binäres Stützkriterium (kritm) den logischen Wert Null aufweist.24. The device according to claim 23, characterized by a model with the magnetizing component (i δ soll ) of the target current vector as an input variable which simulates the actual flow chaining value (Ψ n ), and by a switch which switches the actual flow value from the divider to the model, if a binary support criterion (crit m ) has the logical value zero.
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